Koróny hvězd a jejich případné interakce s horkými Jupitery

Nový výzkum ukazuje, že polární záře exoplanet typu „horký Jupiter“ může být 100× až 1000× jasnější, než polární záře na Zemi (lépe řečeno u planety Země). Částice přicházející z hvězdy jsou magnetickým polem usměrňovány od rovníku k pólům. Protože planeta obíhá velmi blízko hvězdy, interaguje s více erupcemi. Polární záře mohou být i celoplanetární. Tak intenzivní polární záře u horkých Jupiterů obíhajících kolem jiných hvězd bude v budoucnosti možné detekovat citlivými radioteleskopy i na Zemi. Proto jsou koróny blízkých hvězd a jejich blízko obíhající vysoce hmotné exoplanety zajímavým tématem astrofyzikálního výzkumu.

Ofer Cohen z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), hlavní autor článku o interakcích korón hvězd s horkými Jupitery, se zajímá o polární záře. Co jsou to polární záře? Na Zemi vznikají polární záře, když energetické částice ze Slunce vlétnou do magnetického pole naší Země. Magnetické pole vede sluneční částice k zemským magnetickým pólům, kde tyto částice vlétají do zemské atmosféry. V horních vrstvách atmosféry vyvolávají záření molekul atmosférických plynů, podobně jako vzniká záření v neonové trubici. Jedná se o elektrický výboj ve zředěném plynu. Stejný jev může nastat u exoplanety.

Zvláště silné polární záře vznikají na Zemi, je-li Země zasažena koronárním výronem hmoty (coronal mass ejection, CME). Koronární výron hmoty je gigantický výtrysk, při kterém Slunce opustí miliardy tun plazmatu, vyvržené do meziplanetárního prostoru. CME může rozrušit zemskou magnetosféru a vyvolat magnetickou bouři. V roce 1989 jedna taková CME zasáhla Zemi a způsobila v kanadském Quebecu rozsáhlý výpadek elektrické energie.

Cohen a jeho kolegové použili počítačové modely ke studiu toho, co by se stalo, kdyby hmotná exoplaneta typu Jupiteru obíhající kolem své hvězdy ve vzdálenosti řádově jen miliónů kilometrů (tzv. horký Jupiter) byla zasažena hvězdnou erupcí, případně hvězdnou erupcí typu CME na Slunci. Horký Jupiter je v takovém případě vystaven extrémním silám. Ve sluneční soustavě v případě Země je vzdálenost, kterou musí proud částic CME proletět, mnohem větší, takže proud částic se více rozptýlí. Navíc Země zabírá menší zorný úhel při pohledu ze Slunce; jednak proto, že je mnohem menší, jednak proto, že je mnohem dál (150 miliónů kilometrů). Vzdálenosti horkých Jupiterů od hvězd jsou jen milióny kilometrů. Dopad CME na exoplanetu je celkově odlišný od toho, co známe ve sluneční soustavě, a také pro exoplanetu mnohem ničivější.

Podle počítačového modelu způsobí zásah horkého Jupiteru sprškou částic CME zeslabení jeho magnetického pole. Po průniku částic do atmosféry se vytvoří polární záře ve tvaru prstence podél rovníku a je 100× až 1000 × energetičtější, než polární záře na Zemi. Během následujících přibližně 6 hodin se polární záře rozdvojí a přesune k severnímu a jižnímu pólu, před tím, než pohasne. Navzdory extrémnímu zatížení magnetické pole exoplanety dokáže ochránit atmosféru před erozí v podobě odnášení molekul horní atmosféry do meziplanetárního prostoru spolu s částicemi CME. Ochrana magnetickým polem funguje u horkých Jupiterů natolik účinně, že i kdyby magnetické pole bylo slabší, než jaké má náš Jupiter, exoplaneta by byla relativně dobře chráněná.

Tento poznatek, ostatně už dříve předpovězený, znamená, že horcí Jupiteři jsou odolnější vůči destruktivnímu působení vlastní hvězdy, a v její blízkosti se tak snadno „nerozpustí“. Kromě toho může mít vliv i na hypotézy o obyvatelnosti exoplanet terrestrického typu. Málo hmotné hvězdy spektrálního typu M, tzv. červení trpaslíci, jsou ve vesmíru mnohem rozšířenější, než hvězdy slunečního typu. Září podstatně méně a mají povrchovou teplotu jen kolem 3000 K. Pokud by kolem nich měla obíhat terrestrická planeta vhodná pro život, musela by být v mnohem menší vzdálenosti od hvězdy. To by vedlo jednak k vázané rotaci planety, jednak by planeta byla více vystavena erupcím. Ke všemu má hvězda spektrálního typu M intenzivní a časté erupce; je méně klidná než Slunce. Dosavadní studie naznačuje, že magnetické pole takové planety by dokázalo tento nepříjemný efekt dobře kompenzovat. Budoucí práce Cohenova týmu se tímto směrem zaměří.

Již dříve jsme psali, že polární záře horkých Jupiterů je zdrojem rádiových vln. Současné radioteleskopy sice nedokážou tyto vlny zachytit, protože jsou příliš slabé, ale už blízké budoucnosti by tomu tak být nemuselo [3]. Detekce polárních září exoplanet by mohla sloužit k potvrzování kandidátů na exoplanety, později snad i k objevování exoplanet. Kromě toho by přímé detekce polárních září exoplanet přinesly i poznatky o chování hvězd samotných. Výhodou budoucí metody je, že by fungovala i u exoplanet obíhajících v rovině kolmé na směr k Zemi nebo u exoplanet, jejichž rovina oběhu je silně skloněná ke směru k Zemi. V posledních letech velmi účinná metoda tranzitní fotometrie funguje jen tehdy, obíhá-li planeta v rovině prakticky rovnoběžné se směrem k Zemi (jinak zákryty nenastávají). Spektrometrická metoda je v tomto smyslu obecnější, funguje i u exoplanet se skloněnými drahami. Je-li však sklon příliš velký, nedá se použít ani tato metoda.