Planety bez domova: Nové objevy ukazují, že bludné planety mohou vznikat i bez mateřských hvězd

Bludné nebo také toulavé planety představují objekty planetární hmotnosti, které nejsou gravitačně vázané k žádné hvězdě. Nevyzařují vlastní světlo a často bývají velmi obtížně pozorovatelné. Dokážeme je tedy zachytit buď jen jako velmi mladé, nebo prostřednictvím unikátních jevů.

V astronomii se pro ně používají různé termíny: Tradičně se sice hovoří o bludných či toulavých planetách, ale exaktní vědecký pojem zní volně plující objekty planetární hmotnosti. Ať už je však nazveme jakkoliv, všechny uvedené pojmy odkazují ke stejné fascinující skutečnosti – k planetám bez domova.

Nejprve jen tušení

Zatímco o planetách obíhajících kolem jiných hvězd neboli exoplanetách víme zhruba tři desetiletí, představa těch, které putují vesmírem zcela osaměle, zůstávala dlouhou dobu spíš teoretickou spekulací. Teoretici nejprve v 90. letech minulého století díky novým počítačovým simulacím ukázali, že formování planetárních systémů znamená vlastně chaotický proces. Obří planety se navzájem gravitačně ovlivňují a některé jejich menší protějšky mohou být při popsaných interakcích vyvrženy ze svých domovských soustav. 

Simulace tak naznačily, že by volný kosmický prostor mohli zaplňovat planetární „sirotci“, jejichž existence byla dřív jen těžko představitelná.

První pozorovací důkazy ovšem přišly až v roce 2000. Tehdy britští astronomové Philip Lucas a Patrick Roche objevili ve Velké mlhovině v Orionu objekty o hmotnosti několika ekvivalentů Jupitera, které neobíhaly žádnou hvězdu a byly natolik mladé, že stále zářily teplem uvolňovaným při gravitační kontrakci.

Současně se ve hvězdném systému Sigma Orionis podařilo nalézt další skupinu podobných těles, což potvrdilo, že nejde o ojedinělý jev. Uvedené objevy tedy ukázaly, že bludné planety nepředstavují pouhou teoretickou možnost, nýbrž skutečnou součást naší Galaxie.

Nenasytný sirotek

Na začátku roku 2004 si astronom Kevin Luhman a jeho kolegové při průzkumu hvězdotvorné oblasti Chamaeleon I všimli nenápadného, velmi slabého objektu, který nebyl viditelný v běžném světle, ale objevil se v infračervených datech. Na hvězdu byl přitom příliš chladný a málo hmotný.

Loni pak další pozorování ukázala něco ještě překvapivějšího: Těleso neobíhá žádnou stálici, přesto ho obklopuje prachoplynný disk, z jehož materiálu se tento osamělý svět překotně formuje. Jinými slovy se stále nachází ve fázi vzniku a „přibírá na váze“, podobně jako mladé hvězdy. 

Znamenalo to, že se díváme na samostatně se rodící objekt o hmotnosti planety. Dnes ho známe jako Cha 1107-7626, je 5–10krát hmotnější než Jupiter a dělí ho od nás asi 620 světelných roků.

Zmíněný objev patřil k prvním jasným důkazům, že světy planetární velikosti mohou vznikat samostatně, podobně jako hvězdy, a poté putovat Galaxií zcela osaměle. Do té doby se předpokládalo, že se takto malé objekty rodí jen u stálic jako jejich průvodci. Cha 1107-7626 nicméně ukázal, že je příroda vynalézavější a dokáže stvořit těleso o velikosti planety i bez jakéhokoliv hvězdného „rodiče“.

Zároveň je zajímavé, že disk obklopující uvedený objekt obsahuje vodní páru a složité uhlovodíky. „Nenasytný sirotek“ tak ukazuje, že i kolem bludných planet mohou existovat komplexní chemické podmínky. 

Můžeme je zvážit?

Astronomové postupem času nacházeli další kandidáty na toulavé planety, ale nikdy si nebyli jistí jejich hmotností. Nevěděli totiž, zda jde skutečně o oběžnice, nebo například o hnědé trpaslíky – objekty větší než planety, ale příliš malé na to, aby svítily jako opravdové hvězdy.

Problém spočívá v tom, že bludné planety nevyzařují vlastní světlo a neobíhají žádnou stálici, takže se nedají objevit běžnými metodami, které používáme u exoplanet. Proto se astronomové spoléhají na dvě specializované techniky: Přímé zobrazení v infračerveném světle je vhodné pro mladé a hmotné objekty, které stále září vlastním teplem.

Naproti tomu gravitační mikročočkování dokáže odhalit i staré, chladné a málo hmotné planety. Zmíněný jev nastává, když bludná planeta přejde před vzdálenou hvězdou a svým gravitačním polem ohne světlo stálice, což způsobí její krátkodobé zjasnění. Uvedené bohužel nestačí ke zjištění hmotnosti nově objeveného objektu. Přesto se nakonec podařil významný průlom.

Jako sedmdesát Zemí

Třetího května 2024 si dalekohledy polského projektu OGLE a korejské sítě KMTNet všimly krátkodobého gravitačního mikročočkování směrem ke středu Galaxie. Stejnou oblast oblohy přitom v té době shodou okolností sledovala i sonda Gaia, nacházející se téměř dva miliony kilometrů od Země. A jelikož se tentýž jev podařilo pozorovat současně z naší planety i z hlubokého vesmíru, dala se vypočítat nejen vzdálenost objektu, ale také jeho hmotnost. 

Dnes tudíž víme, že těleso se složitým označením KMT-2024-BLG-0792/ /OGLE-2024-BLG-0516, nacházející se v souhvězdí Střelce směrem k centrální výduti Galaxie, od nás dělí téměř 10 tisíc světelných roků a jeho hmotnost odpovídá přibližně 70násobku Země. Znamená to, že se na uvedenou vzdálenost podařilo objevit objekt menší než Saturn! 

Skvělé je, že se průlomový objev stal výsledkem rozsáhlé mezinárodní spolupráce desítek vědců z institucí, jako jsou Pekingská univerzita, Čínská akademie věd, Varšavská univerzita či Korejský institut KASI a další univerzity.

Dvě možné cesty

Bludné planety mohou vznikat dvěma způsoby, z nichž první je analogický zrodu hvězd. V hustých molekulárních mračnech dochází k fragmentaci plynu a prachu, utvářejí se jádra, gravitačně kolabují a nakonec zformují samostatný objekt planetární hmotnosti. Uvedené planety se nikdy nevyskytly v disku kolem hvězdy a často mají vlastní akreční disky, z nichž by teoreticky mohly vznikat měsíce.

Druhý, již zmíněný mechanismus je násilnější: Planety se rodí v protoplanetárním disku stálice a následně jsou vyvrženy v důsledku chaotických gravitačních interakcí s jinými oběžnicemi, případně v důsledku průletů hvězd či nestability v binárních systémech. Zmíněný proces zřejmě stojí za většinou lehčích bludných planet, zejména těch s podobnou hmotností jako Země. Svým způsobem představují takové vyděděnce i přerostlé ledové „balvany“ 1I/’Oumuamua, 2I/Borisov a 3I/ATLAS, ačkoliv se v jejich případě nejedná o planety.

Co je před námi?

Pokud jde o budoucí studium bludných planet, naděje se vkládají zejména do nových kosmických teleskopů, jako je Vesmírný dalekohled Nancy Grace Romanové, který do kosmu zamířil letos na konci srpna a jehož cílem je výzkum galaktické výdutě a pátrání po stovkách až tisících bludných planet o hmotnosti Země či Marsu.

Spolupráce s evropským teleskopem Euclid a čínským CSST pak umožní vytvořit přesnou mapu rozložení bludných planet v Galaxii a jejich hmotností, což pomůže rozhodnout, které mechanismy formování dominují v různých hmotnostních kategoriích.

Bludné planety nám každopádně připomínají, že vesmír není uspořádaný a klidný, ale dynamický a často chaotický. Planetární systémy představují drsná místa, kde „vyhazov“ tvoří běžnou součást vývoje. Tyto osamělé světy nám také dovolují lépe pochopit procesy, jež formovaly Zemi a ostatní oběžnice, a v budoucnu se mohou stát cílem hledání života – například v oceánech pod ledovou krustou, které ohřívá radioaktivní energie namísto světla jiného slunce.