Věda ve službách SF: Nejextrémnější planety, jaké známe … nebo spíše neznáme

Píše se rok 1991 a pro­bíhá ru­tinní údržba ob­řího ra­di­o­te­leskopu Are­cibo. Během ní se nedá cí­leně hýbat s an­té­nou a vědci si ne­mo­hou vy­brat, na jaký kus ob­lohy se za­měří. Pol­skému ra­di­o­astro­no­movi Alexi Wol­sz­c­za­novi to ne­va­dilo. Roz­hodl se vy­u­žít to, co je, a stu­do­val tehdy na­mě­řená data. Spo­lečně s ko­le­gou Davem Frai­lem v nich ob­je­vili cosi zvlášt­ního, co stálo za bližší pro­zkou­mání. Rok nato vy­dali vě­decký člá­nek s šo­ku­jí­cím ti­tu­lem „A Pla­ne­tary Sys­tem Around the Mil­li­se­cond Pul­sar PSR1257“. Ozna­mo­vali v něm objev hned dvou ex­tra­so­lár­ních pla­net krou­ží­cích kolem ob­jektu, jaký stěží při­po­míná hvězdu, jak si ji vět­šina z nás před­staví – pul­saru. Pul­sary jsou ra­pidně ro­tu­jící ne­utro­nové hvězdy vy­sí­la­jící silné rá­di­ové pulsy – odsud je­jich název a také je­jich ob­lí­be­nost mezi ra­di­o­astro­nomy. Jde o po­zůstatky ex­ploze su­per­novy, která po sobě za­ne­chala ob­jekt o po­lo­měru kolem de­seti ki­lo­me­trů, ale o hmot­nosti vyšší než Slunce. Jen si zkuste před­sta­vit tolik hmoty na­pě­cho­vané do ob­jemu koule menší než řada po­zem­ských měst! Elek­trony byly ze svých ob­vykle ve­li­kých vzdá­le­ností od jádra vtěs­nány do jader atomů, načež došlo k pře­měně pro­tonů na ne­utrony – proto ne­utro­nové hvězdy. Pro před­stavu se často uvádí, že kra­bička od sirek plná hmoty z ne­utro­nové hvězdy by vá­žila zhruba tři mi­li­ardy tun.

Hvězda, na kte­rou se za­mě­řili Wol­sz­c­zan s Frai­lem, nese ka­ta­lo­gový název PSR B1257-​12 a jde o mi­li­sekun­dový pul­sar – ro­tuje ne­u­vě­ři­telně rychle, v řádu mi­li­sekund. Za vte­řinu se kolem své osy otočí více než sto še­de­sát­krát. Během krát­kého času tak mů­žeme za­chy­tit mnoho je­jích rá­di­o­vých pulsů. Tehdy v létě 1991 si ale oba vědci po­všimli ně­čeho po­div­ného. Pulsy k nám ne­při­chá­zely s ta­ko­vou pra­vi­del­ností, s jakou by měly. Co to zna­me­nalo? Nej­prav­dě­po­dob­něji to, že jiný ob­jekt gra­vi­tačně svá­zaný s pul­sa­rem za něj „tahal“ svou hmot­ností a drobně vy­chy­lo­val jeho po­zici vůči Zemi, a tím i pří­chod rá­di­o­vých pulsů. Z ana­lýzy pulsů se uká­zalo, že ob­jekty jsou hned dva, oběh kolem pul­saru jim trvá 25, resp. 67 dní, a mají hmot­nost te­rest­ric­kých pla­net – jedna je jen o málo hmot­nější než náš Měsíc, druhá ně­ko­li­krát hmot­nější než Země. Záhy byla ob­je­vena i třetí.

Mnoha lidem bylo za­těžko uvě­řit, že by pla­nety mohly exis­to­vat u tak ex­trémní hvězdy. Pře­žily snad ex­plozi su­per­novy? Zfor­mo­valy se z po­zůstatků ma­te­ri­álu vy­vr­že­ného při vý­buchu? Vznikly z hmoty jiné hvězdy, kte­rou pul­sar po­zřel a díky tomu se tak rychle roz­to­čil? Z na­ba­le­ného me­zihvězd­ného média? Byly pul­sa­rem jen za­chy­ceny, za­tímco vznikly někde úplně jinde? Mož­ností exis­to­valo mnoho, ale od­po­vědí pra­málo; jen zlo­mek te­o­rií šlo vy­lou­čit na zá­kladě při­bližné hmot­nosti a dráhy pla­net, a nic víc než to se zjis­tit ne­dalo …

Pul­sa­rové pla­nety po ob­jevu prv­ních pla­net u hvězd po­dob­ných Slunci upadly po­ně­kud v za­po­mnění na­vzdory tomu, že po­stupně byly ob­je­veny i dvě další stejně po­divné sou­stavy, opět u mi­li­sekun­do­vých pul­sarů. Letos na konci září byl do­konce ohlá­šen prav­dě­po­dobný objev čtvrté! Každá je ale di­a­me­t­rálně jiná. PSR B1257-​12 má tři re­la­tivně blízké „te­rest­rické“ pla­nety. PSR B1257+12 je dvojhvězda – da­leko kolem pul­saru a bí­lého tr­pas­líka tam obíhá pla­neta o hmot­nosti plyn­ného obra, která prav­dě­po­dobně vznikla právě kolem onoho bí­lého tr­pas­líka, za­tímco byl ještě „kla­sic­kou“ hvězdou hlavní po­sloup­nosti. PSR J1719-​1438 má pla­netu také o po­měrně vy­soké hmot­nosti, ale obí­ha­jící těsně u hvězdy. Aby se vy­hnula roz­tr­hání gra­vi­tač­ními si­lami, musí být velmi malá – a tedy velmi hustá. Zřejmě se jedná o po­zůsta­tek jádra bí­lého tr­pas­líka, jehož vnější vrstvy na sebe po­zřel pul­sar! Na­ko­nec PSR B0329+54 má pa­trně te­rest­ric­kou pla­netu obí­ha­jící v po­dobné vzdá­le­nosti jako Sa­turn od Slunce.

Známe tedy čtyři pla­ne­tární sou­stavy pul­sarů (a každá je úplně jiná!). Není to ale pořád málo mezi těmi ti­síci zná­mých exo­pla­net? To víte, že je. Ale ne­víme proč. Pul­sarů známe pár tisíc, mi­li­sekun­do­vých pul­sarů něco přes 250. K vět­šině máme do­sta­tek dat, aby se dala spo­leh­livě vy­lou­čit pří­tom­nost blíz­kých či velmi hmot­ných pla­net. Mají snad pla­nety opravdu jen čtyři z nich? Jak je to možné?

Jed­ním vy­svět­le­ním je, že pla­nety v ex­trém­ním pro­středí okolí pul­saru – který vy­sílá proud ex­trémně urych­le­ných ener­ge­tic­kých čás­tic a má také velmi silné mag­ne­tické pole – ne­pře­žijí dlouho. Může je třeba in­dukční ohřev za­hřát na­to­lik, aby se během mi­li­onů či pou­hých ti­síců let vy­pa­řily? Vy­lou­čit to zatím ne­mů­žeme. Další mož­nost je, že me­cha­nis­mus je­jich zfor­mo­vání je prostě pří­liš vzácný. Jak často se stane, že ma­te­riál do­pra­vený k pul­saru – ať už je jeho zdro­jem su­per­nova, blízká hvězda či me­zihvězdný plyn a prach – vy­tvoří do­sta­tečně dlou­ho­tr­va­jící a hmotný disk s dost vel­kým mo­men­tem hyb­nosti, aby tam opravdu vznikly pla­nety? Jsou do­konce známy dva disky kolem pul­sarů, takže při­nejmen­ším ně­jaké disky tam exis­to­vat mohou. Jenže jak dlouho a za ja­kých pod­mí­nek?

Abychom mohli zjis­tit, jak pla­nety vznikly a fun­gují, po­tře­bo­vali bychom je po­zo­ro­vat – ne zpro­střed­ko­vaně po­mocí ča­so­vání rá­di­o­vých pulsů, ale přímo. Kdy­bychom za­chy­tili jimi od­ra­žené světlo, vy­dá­vané teplo nebo třeba po­lární záře (které by mohly být ex­trémně silné, pokud pla­nety mají at­mo­sféru a silné vlastní nebo in­du­ko­vané mag­ne­tické pole), mohli bychom ale­spoň rám­cově určit je­jich slo­žení. To by nám na­po­vě­dělo, z ja­kého ma­te­ri­álu vznikly. Jenže všechny známé pul­sa­rové pla­ne­tární sou­stavy jsou více než dva ti­síce svě­tel­ných let da­leko a je jich pouhá hrstka, což činí pří­padné po­zo­ro­vání značně ne­vý­hod­ným … Jsme tedy v si­tu­aci sle­pice nebo vejce. Co po­tře­bu­jeme dřív? Najít více pul­sa­ro­vých sou­stav, aby bylo opráv­něné vě­no­vat dra­ho­cenný po­zo­ro­vací čas ně­čemu s tak ne­jis­tým a nej­spíše pře­dem k ne­ú­spě­chu od­sou­ze­ným vý­sled­kem? Nebo strašně ris­ko­vat dra­hým po­zo­ro­vá­ním, abychom zjis­tili, proč je pul­sa­ro­vých pla­net tak málo?

Zatím se žádná nová po­zo­ro­vací kam­paň ne­chystá a nej­spíše po­trvá velmi dlouho, než o pla­ne­tách v sou­sta­vách pul­sarů zjis­tíme co­koli bliž­šího. Ještě nej­spíš velmi dlouho se v tomto pří­padě bu­deme po­hy­bo­vat v říši science fiction… Na­štěstí se ale SF au­toři pul­sa­rům ne­vy­hý­bají. Právě na­o­pak – Ro­bert L. For­ward ve svém Dra­čím vejci před­sta­vil fas­ci­nu­jící život přímo na po­vrchu ne­utro­nové hvězdy, obří po­čí­tač z to­hoto tě­lesa ve své sérii Od­ha­lený vesmír vy­ro­bil pro změnu Alastair Rey­nolds. Dalo by se po­kra­čo­vat dál a dál. Au­toři rádi vy­u­ží­vají pul­sary – ale co je­jich pla­nety? Vě­no­val se jim v science fiction vůbec někdo? V no­vele „Ga­lactic North“ se vy­skytla pul­sa­rová pla­neta právě u Rey­noldse a po­da­řilo se mi do­hle­dat zmínky, že po­dobné výskyty se našly i u New­ton’s Wake od Kena MacLe­oda a Star­farers od slav­ného Poula Ander­sona. Jsou však po­dobně vzácné jako sa­motné pul­sa­rové pla­nety … Na roz­díl od ne­do­statku po­zo­ro­vání ale tohle mů­žeme po­měrně snadno změ­nit. Tak schválně – kdo se téhle výzvy chytí první? Pul­sa­rové pla­nety za to ur­čitě stojí.

Pro zá­jemce za­řa­zuji i odkaz na ro­ze­psaný člá­nek o mož­nos­tech po­zo­ro­vání pul­sa­ro­vých pla­net. V něm na­jdete i roz­sáhlý se­znam od­bor­ných zdrojů, kdy­byste se chtěli do fas­ci­nu­jí­cího světa pul­sa­ro­vých pla­net po­no­řit hlou­běji:

www.ju­li­e­no­va­kova.com/pulsar_planet_spectroscopy_k-​tisku