Simulace ukazují, že planety v binárních systémech mohou být běžné, jen jsou daleko

Fakta

• Astronomové dosud objevili přes 50 cirkumbinárních exoplanet.
• Studie vedená Matthewem Teasdalem a Dimitrisem Stamatellosem z University of Lancashire byla publikována v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
• Simulace se zaměřily na formování planet pomocí diskové nestability (fragmentace disku).
• Planety v binárních systémech vznikají převážně na širokých drahách (>10 AU).
• Blízko binární hvězdy je prostředí příliš chaotické pro vznik planet.
• Disky kolem široce oddělených binárních hvězd fragmentují dříve a efektivněji než disky u těsných binárních systémů.

Nový model vysvětluje, proč je cirkumbinárních planet málo

Astronomové dlouho předpokládali, že binární hvězdné systémy – v Mléčné dráze hojně zastoupené – nejsou vhodným prostředím pro vznik planet. Složité gravitační interakce mezi oběma hvězdami měly narušovat protoplanetární disk, bránit shlukování prachu a plynu a vyvrhovat vznikající planetesimály do mezihvězdného prostoru. Tento scénář se však v posledních letech začíná měnit. Nová studie publikovaná v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society přináší převratný závěr: planety v binárních systémech mohou být ve skutečnosti běžné, jen se nacházejí na velmi širokých oběžných drahách, kde je dosavadní pozorovací techniky jen obtížně zachycují. Výzkumníci Matthew Teasdale a Dimitris Stamatellos z Jeremiah Horrocks Institute for Mathematics, Physics and Astronomy na University of Lancashire použili hydrodynamické simulace ke zkoumání dvou typů disků – cirkumstelárních (obklopujících jednotlivé hvězdy) a cirkumbinárních (obklopujících obě hvězdy).

Dvě cesty ke vzniku planet: akrece versus disková nestabilita

V planetární vědě jsou známy dva hlavní mechanismy vzniku planet. Prvním je akrece – pomalý proces zdola nahoru, při němž se prachová zrna spojují v oblázky, ty v balvany a nakonec v planetesimály, které mohou dále růst a přitahovat atmosféru. Tento mechanismus je typický pro kamenné světy. Druhým, rychlejším procesem je disková nestabilita neboli fragmentace disku. Jde o postup shora dolů, kdy v protoplanetárním disku vzniknou nestability a oblasti se zhroutí do hustých shluků – podobně jako vznikají hvězdy. Tento proces může proběhnout během několika tisíc let a je považován za hlavní cestu vzniku plynných obrů. Právě na tento mechanismus se Teasdale a Stamatellos ve své práci zaměřili.

Simulace odhalují klíčovou roli vzdálenosti a teploty

Vědci provedli hydrodynamické simulace tří typů disků: cirkumstelárních disků, cirkumbinárních disků se stejným teplotním profilem (fiduciální model) a realistických cirkumbinárních disků, které jsou individuálně zahřívány každou z hvězd. Fiduciální model sloužil jako srovnávací základna – obdoba kontrolní skupiny v klinické studii. Výsledky ukázaly, že disky kolem binárních hvězd s větší vzájemnou vzdáleností fragmentují dříve a efektivněji než disky u těsných binárních systémů, a dokonce dříve než cirkumstelární disky. „Blízko binární hvězdy je prostředí příliš násilné na to, aby mohly vzniknout planety,“ uvedl Matthew Teasdale, který výzkum vedl v rámci svého doktorského projektu. „Jakmile se ale posuneme dále, disk se stává ideálním prostředím pro formování planet.“

Přes 50 objevených planet a otázka jejich osudu

V posledních letech bylo detekováno více než 50 cirkumbinárních exoplanet, z nichž několik je plynných obrů na širokých drahách (nad 10 AU). Nová studie naznačuje, že těchto planet může být mnohem více, ale většina z nich uniká pozorování, protože jejich dráhy jsou příliš vzdálené na to, aby mohly být zachyceny tranzitní metodou. Kromě toho mnoho planet v binárních systémech podléhá gravitačním „kopům“ a je vyvrženo do mezihvězdného prostoru, kde se stávají tzv. tuláckými planetami. Tento mechanismus by mohl vysvětlit, proč je pozorovaný počet cirkumbinárních planet relativně nízký – většina jich jednoduše opustí svůj mateřský systém.

Důsledky pro hledání života a budoucnost výzkumu

Zjištění, že planety v binárních systémech mohou být běžné, má zásadní důsledky pro astrobiologii a hledání obyvatelných světů. Pokud se planety mohou tvořit i v těchto zdánlivě nepřátelských prostředích, zvyšuje se pravděpodobnost, že v galaxii existuje mnohem více potenciálně obyvatelných planet, než se dosud předpokládalo. Autoři studie zdůrazňují, že jejich simulace se zaměřily na plynné obry vzniklé diskovou nestabilitou. Další výzkum by měl prozkoumat, zda podobným způsobem mohou vznikat i menší, kamenné planety v obyvatelné zóně. Odpověď na tuto otázku bude klíčová pro pochopení skutečné četnosti životaschopných světů v binárních soustavách.

Shrnutí

• Cirkumbinární planety mohou vznikat diskovou nestabilitou na širokých drahách, což vysvětluje jejich dosavadní vzácnost v pozorováních.
• Simulace ukazují, že disky kolem široce oddělených binárních hvězd fragmentují efektivněji než disky u těsných systémů.
• Mnoho cirkumbinárních planet je pravděpodobně vyvrženo a stává se tuláckými planetami.
• Výzkum byl publikován v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society a vedli ho Matthew Teasdale a Dimitris Stamatellos z University of Lancashire.
• Nové poznatky rozšiřují možnosti výskytu obyvatelných planet v binárních systémech.