ASTRONOMIE: Proč není vesmír plný dokonalých slunečních soustav
První objevené exoplanety byly horkými jupitery, ale data z Keplera ukázala, že nejčastějším typem planet minimálně ve vnitřních částech planetárních soustav jsou super země. Jedná se o planety obvykle o něco větší a hmotnější než naše rodná hrouda. Mnoho z těchto světů navíc obíhá okolo hvězdy poměrně blízko.
Protoplanetární disk. Credit: ESO/L. Calçada
Našli vědci odpovědi na některé klíčové otázky?
Na začátku všeho je disk z prachu a plynu, který obklopuje mladou hvězdu. Zárodky mnoha slavných i méně slavných super zemí vznikly podstatně dál, než je dnes nacházíme. Obvykle to bylo za sněžnou čárou, kde je už dost chladno na to, aby zde voda kondenzovala do podoby ledových krystalků.
Zárodek budoucí planety vytváří v plynném disku vlny. Slabší vlna před planetou nutí planetu migrovat směrem dál od hvězdy, silnější za hvězdou dělá přesný opak. Zárodek planety se tak vydává směrem k hvězdě, dokud nenarazí na hranu disku. Jakmile dojde plyn, migrace se zastaví.
Podobných zárodků se ale okolo hvězdy rodí více a také ony se vydávají na pouť směrem k hvězdě. Co se stane? Zárodky se nesrazí, ale stabilizují se v tzv. rezonanci.
Gravitační rezonance znamená, že oběžné dráhy objektů jsou v poměru celých kladných čísel. Jinými slovy: zatímco vnitřní planeta oběhne okolo hvězdy dvakrát, vnější to stihne přesně jednou (nebo v jiném poměru).
Okolo mladé hvězdy se tak tvoří rezonanční řetězce. Druhá planeta rezonuje s první, čtvrtá se třetí atd.
Nádherným příkladem rezonance je TRAPPIST-1, kde je v rezonanci všech sedm planet! Dokonalý pohyb dokonalého kompaktního systému.
A pak se něco pokazí....
Rezonance není v případě exoplanet nic výjimečného, ale také ne příliš častého. Proč?
Vědci provedli simulace, ve kterých si pohráli se 120 planetárními systémy. Každý byl na začátku tvořený 20 až 30 zárodky planet o hmotnosti 0,1 až 4,5 Země.
Podle vědců existuje několik fází vývoje. V první fázi (prvních 5 milionů let) planety migrují kvůli přítomnosti existenci plynného disku, který také udržuje planety na plochých a kruhových drahách.
Ve druhé fázi (5 až 100 milionů let) se migrace zastaví, protože disk se rozptýlí. Další osud planet je řízen vzájemnými interakcemi. Dráhy planet se mění na excentrické a nakloněné.
Jen malá část systémů si udrží rezonanční řetězce. V případě těch, které jsou až příliš kompaktní a jejich planety jsou hmotnější, se rezonanční řetězce rozruší. Planety se mohou i srážet, takže vznikají větší planety.
S tím souvisí i pravděpodobnost, že Kepler planety objeví. V případě stabilních rezonančních řetězců obíhají planety prakticky v jedné rovině, a logicky tedy tranzitují všechny nebo žádná. Kepler objevil 3 a více planet v 66 % těchto systémů. V 18 % to byla jedna planeta. V případě nestabilních systémů jsou sklony drah různé. Kepler objevil jen 1 planetu v 78 % těchto systémů a jen 7 % systémů má 3 a více planet.
