Planety, ktere nemaji existovat
Prvni exoplanety nebyly tam, kde jsme cekali
Desitky let astronomove hledali planety kolem jinych hvezd. Ocekavali, ze je najdou kolem normalních, hlavnoposloupnostních hvezd — jako nase Slunce.
Prvni objev prisel z uplne jine strany.
V roce 1990 Aleksander Wolszczan, polsky astronom pracujici na Arecibu, pozoroval milisekundovy pulsar PSR B1257+12. Všiml si, ze presny cas pulzu kolisa — ne nahodne, ale PERIODICKY. Jako by se pulsar pohyboval sem a tam. Jako by ho neco tahalo.
Dva roky analyzy. V lednu 1992 Wolszczan & Frail publikovali v Nature: dve planety kolem pulzaru. Hmotnosti zhruba 3-4 Zeme. Periody 66.5 a 98.2 dnu.
O rok pozdeji Wolszczan potvrdil treti — Draugr, pouhych 0.02 Zeme, perioda 25.3 dnu. Luna-velke teleso 710 svetelnych let daleko, detekovane jen z casoveho zpozdeni radiovych pulzu.
Detekce casem
Milisekundovy pulsar je nejpresnejsi hodiny ve vesmiru. PSR B1257+12 rotuje 161× za sekundu s periodou 6.219 ms — stabilne na urovni femtosekund.
Kdyz planeta obíha pulsar, pulsar se pohybuje kolem spolecneho teziste. Kdyz je blíze k nam, pulzy přijdou o mikrosekundy drive. Kdyz je dal, pozdeji.
Timing residua — odchylky od predpovezeneho casu pulzu — odhaluji planetarni signál. Tri sinusoidy o tech periodach: 25.3, 66.5, 98.2 dnu. Amplitudy odpovidaji hmotnostem planet.
Klicovy dukaz: Wolszczan predpovedel, ze planety b a c jsou v rezonanci 3:2 (66.5 × 3/2 ≈ 98.2), a proto by mely ukazovat vzajemne gravitacni perturbace. V roce 1994 tyto perturbace NASEL — timing residua presne odpovidaly predpovedi.
Tento 'smoking gun' vylouci jakoukoli jinou interpretaci. Planety jsou realne.
Jak vznikly planety kolem mrtve hvezdy?
Supernova by planety znicila. Exploze zbavi hvezdu 80+ % hmoty za sekundy — kazda predchozi orbita se rozpadne.
Dve teorie:
1. DISK Z DESTRUKCE: Supernova znicila puvodniho kompaniona (bila trpaslici nebo nizkohmotnostni hvezda). Rozmetany material vytvoril disk kolem neutronove hvezdy, a v tom disku se formovaly nove planety. 'Druha generace' — planety ze supernového popela.
2. ZPETNY SPAD: Cast supernoveho vyvrzenku se neodletela — spadla zpet. Tento material vytvoril akreční disk, ze ktereho se planety akretovaly.
Teorie 1 je dnes preferovana. PSR B1257+12 je recyklovany pulsar (milisekundovy, slabe pole) — musel mit kompaniona, ktery ho roztocil. Ten kompanion uz neni. A planety zustaly.
Draugr — nejmensi exoplaneta
0.02 hmotnosti Zeme. Dvakrat tezsi nez Luna. Perioda 25.3 dnu.
Pojmenovana v roce 2015 (IAU NameExoWorlds): Draugr — skandinavska nemrtva bytost. Jako planety samotne — planetarni system, ktery nemel prezit.
Draugr je nejmensi exoplaneta detekovana jakoukoli metodou. Radialnimi rychlostmi bychom ji nikdy nenasli (amplituda by byla ~mm/s). Tranzitem taky ne — pulsar nema disk, ktery by planeta zastinila.
Jen timing. Jen cas. Presnost pulzarskeho casomíry — jedina metoda, ktera muze detekovat teleso o hmotnosti Mesice ve vzdalenosti 710 pc.
Rezonance 3:2 a gravitacni tanec
Poltergeist (66.5 d) a Phobetor (98.2 d) jsou v rezonanci 3:2 — presne jako Neptun a Pluto.
66.5 × 3/2 = 99.8 ≈ 98.2
Tato rezonance neni nahoda. Planety migrovaly v protoplanetarnim disku a zachytily se v rezonanci — stejny mechanismus jako v normalních planetarnich systemech.
Vzajemne perturbace zpusobuji meritelne odchylky v timing residuech: ~10 mikrosekund s periodou ~5.8 roku. Wolszczan je detekoval v roce 1994 — presne jak predpovedel.
Rezonance 3:2 je stabilni konfigurace. System prezije miliardy let.
Peklo, ne domov
Pulzarove planety jsou bombardovany relativistickym vetrem a vysoko-energetickym zarenim. Magneticke pole pulzaru indukuje elektricke pole na povrchu planet. Rentgenove zareni sterilizuje povrch.
A presto — Patruno & Kama (2017) spekulovali, ze silne magneticke pole pulzaru by mohlo nahradit funkcí ozonove vrstvy a chranit atmosferu pred kosmickym zarenim. Planety v habitabilni zone pulzaru (existuje!) by mohly mit tekutou vodu.
Je to spekulace. Ale ukazuje, ze definice 'obyvatelnosti' se meni s kazdym objevem.
Casova mrizka a rezonance
Z pohledu AD frameworku je PSR B1257+12 fascinujici:
Pulsar je nejpresnejsi casomira ve vesmiru. Jeho signal sonduje prostorocas s presnosti na femtosekundy. A v tom signalu jsou TRI periodicke modulace — tri planety.
Rezonance 3:2 je prirozeny dusledek gravitacní interakce v disku. Ale v AD frameworku je to tez prirozeny mod mrizkove struktury — 3:2 je jeden z preferovanych pomeru (spolu s 2:1, 5:3, a zlatym rezem).
PSR B1257+12 ma characteristic age 0.58 Gyr — je relativne mlady. Planety se stabilizovaly v rezonanci brzy. System je 'vyladeny' — maly Draugr (25 d) mimo rezonanci, dva vetsi (66 d, 98 d) v rezonanci.
Eta analyza by vyzadovala timing residua po ODECTENI planetarnich signalu — cisty timing noise pulzaru. Ten je k dispozici, ale vyzaduje specializovany software (TEMPO2).
Rezonance 3:2 dvou vetších planet potvrzena gravitacnimi perturbacemi (1994). System je dynamicky usporadany.
Reference
Wolszczan & Frail 1992, Nature 355, 145 — 'A planetary system around PSR 1257+12'
Wolszczan 1994, Science 264, 538 — 'Confirmation of Earth-mass planets orbiting PSR B1257+12'
Konacki & Wolszczan 2003, ApJ 591, L147 — 'Masses of the pulsar planets'
Patruno & Kama 2017, A&A 608, A147 — 'Neutron star planets: Atmospheric processes'
Shannon et al. 2013, ApJ 766, 5 — 'Pulsar timing and planet detection sensitivity'
Kde se potkáváme s konvenční fyzikou
Pulsarové planety PSR B1257+12 (Wolszczan & Frail 1992) jsou první potvrzené exoplanety -- ne u normální hvězdy, ale u pulsaru. Tři planety vzniklé pravděpodobně z rozrušeného průvodce. Planetární formace funguje i v extrémních podmínkách. Proč? Konvenční modely formace planet potřebují protoplanetární disk. Tady žádný nebyl.