Astronomové poprvé potvrdili atmosféru u kamenné planety v obyvatelné zóně

Astronomové mají poprvé potvrzeno, že kamenná planeta obíhající v obyvatelné zóně cizí hvězdy má atmosféru. Jde o LHS 1140 b, superzemi vzdálenou zhruba 48 světelných let. Tým vedený Collinem Cherubimem z Harvardovy univerzity zachytil helium unikající z jejích horních vrstev. Práce vyšla 16. července v časopise Science.

Atmosféru prozradilo to, co z ní uniká

Změřit vzduch na planetě u cizí hvězdy přímo nejde. Astronomové proto sledují, co planeta ztrácí. Když ji hvězda ozáří rentgenovým a krajním ultrafialovým zářením, svrchní vrstvy atmosféry se ohřejí a část plynu unikne do prostoru. Tenhle unikající obal je řidší a mnohem rozlehlejší než atmosféra sama, takže při přechodu planety před hvězdou pohltí víc světla, než by odpovídalo velikosti planety.

Hledá se v něm helium ve zvláštním stavu, kterému fyzici říkají metastabilní. Atom v něm setrvá nezvykle dlouho a v infračervené části spektra po sobě zanechá ostrou čáru. U velkých plynných planet je to zavedený postup. U kamenné planety ho někdo použil poprvé.

Šest a půl hodiny u dalekohledu

Měření proběhlo v září 2024 spektrografem WINERED na dalekohledu Magellan Clay v observatoři Las Campanas v Chile. Jde o jeden z mála pozemních přístrojů, které tuto čáru u tak malé planety vůbec rozliší. Tým sledoval soustavu 6,5 hodiny a pořídil 70 spekter, z toho 23 v době, kdy planeta přecházela před hvězdou.

Pomohla shoda okolností. Přes hvězdný kotouč ve stejné době přecházela i sousední planeta LHS 1140 c, která v obyvatelné zóně neleží. Astronomové tak měli dva signály z téže noci a mohli od sebe odlišit, co pochází z planety a co z neklidu hvězdy. Právě neklid hvězdy bývá u červených trpaslíků největší zdroj falešných poplachů.

Atmosféra je pro planetu podmínkou toho, aby mohla nést život, jak ho známe. Tohle je poprvé, co někdo našel atmosféru u kamenné planety v obyvatelné zóně jiné hvězdy.

Tak výsledek shrnul Collin Cherubim. David Charbonneau, vedoucí harvardské katedry astronomie a spoluautor práce, označil detekci za statisticky naprosto pevnou.

Co je LHS 1140 b zač

Planeta má 5,6krát větší hmotnost než Země a 1,73krát větší poloměr. Kolem svého červeného trpaslíka oběhne za 24,7 dne a dostává asi 42 procent záření, jaké dopadá na Zemi. Rovnovážná teplota vychází na 226 kelvinů, tedy zhruba minus 47 stupňů Celsia. To je pod bodem mrazu, ale s hustší atmosférou, než má Země, by se kapalná voda na povrchu udržet mohla.

Planetu objevil v roce 2016 Jason Dittmann. Od té doby patří mezi nejsledovanější cíle, a to kvůli hvězdě: LHS 1140 je na červeného trpaslíka nezvykle klidná. Bouřlivé trpasličí hvězdy jsou totiž hlavní podezřelý z toho, proč kamenné planety kolem nich o atmosféru obvykle přijdou.

Helium, které by tam být nemělo

Nejzajímavější část výsledku je nepřímá. Soustava je stará zhruba tři miliardy let. Za tu dobu by helium mělo být dávno pryč, protože uniká rychleji, než by ho planeta téhle hmotnosti stačila udržet. Že ho astronomové vidí unikat právě teď, znamená jednu ze dvou věcí: buď je zásoba plynu mnohem větší, než se čekalo, nebo se helium do atmosféry stále doplňuje odněkud z nitra planety. Obě možnosti mluví pro atmosféru, která na místě vydržela miliardy let. Přesně tahle otázka byla u kamenných planet u červených trpaslíků dosud otevřená.

Signál, který se za rok neopakoval

Autoři sami upozorňují na slabé místo. Když soustavu pozorovali znovu v roce 2025, žádné unikající helium nenaměřili. Proč, zatím nikdo neví. Nabízí se proměnlivá aktivita hvězdy: únik plynu pohání rentgenové a krajní ultrafialové záření a jeho množství se v čase mění. Shreyas Vissapragada z Centra pro astrofyziku přisuzuje pozorovaný únik z roku 2024 právě ohřevu tímto zářením. Jestli jde o trvalý děj, nebo se únik zapíná a vypíná podle nálady hvězdy, je otevřená otázka.

Otevřené zůstává i složení atmosféry pod heliovou obálkou. Měření říká, že tam plyn je. Neříká, jaký. Ani jedno z toho není důkaz oceánů nebo obyvatelnosti a autoři si na to dávají pozor.

Co bude dál

Planeta je zařazená do programu Rocky Worlds, který jí přiděluje ředitelský čas na Webbově a Hubbleově vesmírném dalekohledu. Astronomové v jejím spektru budou hledat vodní páru a oxid uhličitý. Podle Cherubimova týmu půjde o práci na čtyři až pět let. LHS 1140 b přechází před svou hvězdou jen několikrát do roka, takže se na každé měření čeká měsíce.

Spoluautor Robin Wordsworth z Harvardu to zasadil do delší perspektivy: před dvaceti lety se vědci ptali, jestli planety zemského typu u jiných hvězd vůbec existují. Teď o jedné vědí, že má i vzduch.

Zdroje: Science, DOI 10.1126/science.aea9708, Centrum pro astrofyziku Harvard & Smithsonian, Sci.News a Phys.org. Citace vědců jsou přeložené z angličtiny. Vzdálenost soustavy uvádí většina zdrojů jako 48 světelných let, starší podklady ESO pracují se 40.