TESS našel planetu 40 000 světelných let díky Einsteinovi

Družice TESS letěla do vesmíru s jasným úkolem: hledat planety u cizích hvězd. Nikdo od ní nečekal, že najde svět vzdálený 40 000 světelných let, a rozhodně ne metodou, jejíž základ položil Albert Einstein v obecné teorii relativity z roku 1915. A přesto se to stalo. Planeta nese označení Gaia23bra b a k jejímu potvrzení pomohl jev zvaný gravitační mikročočkování. Informoval o tom server Space.com.

Normálně to TESS dělá úplně jinak. Sleduje nepatrný pokles jasnosti hvězdy ve chvíli, kdy před ní přechází planeta. Tenhle tranzitní způsob funguje nejlíp u velkých plynných obrů, kteří obíhají svou hvězdu opravdu zblízka. Na Gaia23bra b by skoro jistě nezabral. Planeta má sice 1,6násobek hmotnosti Jupiteru, jenže od své hvězdy je vzdálená zhruba tak jako Jupiter od Slunce. Tranzitní hledání navíc obvykle dosáhne do vzdálenosti kolem 150 světelných let. Gaia23bra b krouží kolem oranžového trpaslíka o asi 80 procentech velikosti Slunce a leží 40 000 světelných let daleko. Aby ji TESS vůbec zaznamenal, musel se naučit nový trik.

„Když TESS startoval, nikdo nečekal, že bude vůbec někdy schopen najít tenhle typ planety,“ řekla Diana Dragomir z University of New Mexico. „Objev naznačuje, že se v datech TESS nejspíš skrývají další takzvané mikročočkovací planety, po kterých jsme dosud vůbec nepátrali.“

Jak funguje mikročočkování

Začněme u toho, co obecná relativita říká o hmotě a prostoru. Podle Einsteina hmota zakřivuje samotnou strukturu prostoru a času, které tvoří jednotný čtyřrozměrný časoprostor. Z tohoto zakřivení vzniká gravitace. Čím víc hmoty, tím výraznější prohnutí a tím silnější gravitace.

A tady přichází to zajímavé. Světlo se běžně šíří po přímce, jenže v zakřiveném prostoru musí kopírovat jeho tvar. Když paprsky ze vzdálenějšího objektu procházejí kolem něčeho hmotného v popředí, ohnou se kolem toho. Čím větší hmota a čím blíž ní světlo prolétá, tím víc se jeho dráha zakřiví. Vzdálený zdroj se na chvíli jakoby zesílí a rozzáří. Astronomové tenhle jev, gravitační čočkování, běžně používají ke studiu prastarých galaxií, které by jinak byly moc daleko a moc slabé na to, aby je dalekohledy zahlédly.

Planety mají oproti kupám galaxií hmotnost nesrovnatelně menší. Přesto dokážou vyvolat aspoň nepatrné čočkování. To je právě to mikročočkování a lze ho využít k lovu planet. Z asi 6 000 dosud známých exoplanet se jich touhle cestou našlo teprve kolem pěti procent. Pro srovnání, tranzitní metodou, na kterou TESS obvykle spoléhá, jich vzniklo zhruba 75 procent.

První stopu po Gaia23bra b zachytil v roce 2023 dnes už vysloužilý teleskop Gaia. Planeta se tehdy ocitla mezi Zemí a vzdálenou hvězdou a způsobila její nepatrné projasnění. Systém Gaia Science Alerts přitom událost zprvu označil jako jednoduchou mikročočkovací událost a TESS ji pozoroval spíš náhodou, během dvou po sobě jdoucích sektorů. Teprve světelná křivka z jeho dat odhalila charakteristické rysy binární čočky, ze kterých vyplynulo, že tam kromě hvězdy je i planeta.

Roli sehrál nový pozorovací režim s kadencí 200 sekund, který TESS získal až v rámci druhé rozšířené mise. Díky němu měli vědci husté časové pokrytí takzvaných kaustických přechodů, bez kterých by nešlo určit poměr hmotností a vzdálenost složek binární čočky.

Přednost, kterou tranzity nemají

To, že TESS mikročočkování zvládl, otevírá druhý, doplňkový způsob hledání planet. Umí zachytit i světy, které by tranzitní metoda přehlédla. „S mikročočkováním dokážeme najít menší planety na větších oběžných drahách, včetně světů v obyvatelné zóně jejich hvězdy i dál,“ vysvětlila Mallory Harris z University of New Mexico. „Mikročočkovací události nastanou jednou a jsou pryč, neopakují se. Rád vtipkuju, že první obdobu Země najdeme právě mikročočkováním, a pak jí zamáváme, jak nám mizí, protože už ji nikdy neuvidíme.“

Mikročočkování je dnes jedinou metodou, která umí rutinně nacházet planety o hmotnosti Země na drahách podobných té naší. Tedy přesně ty světy, které nás nejvíc zajímají v souvislosti s obyvatelností.

Objev je zároveň ochutnávkou toho, co chystá další velký projekt NASA. Vesmírný teleskop Nancy Grace Roman, jehož start se očekává na podzim 2026, je stavěný přímo pro rozsáhlé mikročočkovací přehlídky. Jeho širokoúhlá kamera zamíří na hustě zaplněné srdce Mléčné dráhy, na zhruba 200 milionů hvězd v galaktickém bulge, a bude je opakovaně sledovat. Odborníci odhadují, že takto objeví kolem 1 000 mikročočkovacích planet a k tomu ještě asi 100 000 planet nalezených tranzitem.

„Je to trochu jako předehra mikročočkování, které bude dělat Roman,“ řekl Michael Fausnaugh z Texas Tech University. „Klíčem k Romanově průzkumu je husté časové pokrytí zaměřené na galaktický bulge. Mise TESS jako jediná dokáže poskytnout takhle rychlá pozorování hvězd v jiných částech galaxie, a spojením obojího se otevírá možnost pochopit vznik planet u různorodých populací hvězd.“ Výzkum týmu vyšel 1. července v časopise The Astrophysical Journal Letters.