Polární záře na pólu planety obíhající vzdálený pulzar. Umělecká představa: JPL/NASA.
Spolupracovníci Fyzikálního ústavu v Opavě, astronomové z Astronomického centra Mikuláše Koperníka Polské akademie věd, přišli s velmi zajímavým výsledkem svého výzkumu. Jak známo, polární záře vznikající interakcí částic ve hvězdném větru s atmosférou planet detekujeme kromě Země také na Jupiteru nebo Saturnu. Ovšem doposud se jen teoreticky předpokládalo, že stejný jev probíhá i u planet v cizích planetárních soustavách. O to zajímavější je zjištění, že polární záře vědci předpovídají u planet obíhajících exotické hvězdné majáky, tedy pulzary.
Co je to pulzar?
Pulsary jsou rotující neutronové hvězdy, tedy závěrečná stádia hvězd, která vznikly gravitačním zhroucením centrální části původní hvězdy po jejím výbuchu jako supernova. Dokáží dlouhodobě s precizní pravidelností vyzařovat širokospektrální záření, které je z pulzarů vysílané hlavně ve dvou směrech, podobně jako světlo z majáku. Pokud je rovina rotace nakloněna směrem k pozorovateli, jak hvězda rotuje, od nás se zdá, jako by pravidelně blikala, a to s mimořádnou frekvencí několik záblesků za sekundu. Nelze se proto divit, že když v roce 1967 astronomové poprvé nějaký pulzar detekovali, konkrétně Jocelyn Bellovová Burnellová (nar. 1943) a Antony Hewish (1924-2021) z Univerzity v Cambridgi, považovali signál za velmi zvláštní. Tým následně jev správně popsal a za svůj příspěvek do oblasti rádiové astronomie získal v roce 1974 Nobelovu cenu za fyziku.
Planety kolem pulzarů
Už z podstaty věci by se mohlo zdát, že kolem pulzarů žádná planeta nemůže obíhat, neboť vzniku pulzaru předcházel výbuch supernovy, který by jakoukoliv planetu obíhající původní hmotnou hvězdu musel zdevastovat. Opak je ale pravdou – první exoplanety obíhající pulzar se podařilo objevit už v roce 1992, a to konkrétně u pulzaru PSR B1257+12 v souhvězdí Panny. Od té doby však mnoho dalších podobných objevů nenastalo; je tedy zjevné, že existence planet kolem pulzarů je opravdu vzácná. Vědci přitom předpokládají, že planety vznikly až po supernově. U pulzarů se totiž mohou vyskytovat nepříliš hmotné hvězdy, které se časem vypaří a z jejich materiálu mohou planety vzniknout. A to buď z disku, kterým se z hvězdného materiálu pulzar obklopí, anebo přímo z jádra takového vypařeného hvězdného souputníka. Tak jako tak, vznik i dlouhodobější existence planet okolo pulzarů je stále opředena mnoha otazníky.
Polární záře ve větrech pulzarů
Simulace toků rádiového záření (červená) z planet obíhajících pulzary. Toto rádiové záření by mohlo umožnit detekci polárních září na těchto planetách, ale i objev nových exoplanet. Autor: Miljenko Čemeljić a kol.
Očekává se, že takové planety obíhající pulzary jsou mnohonásobně hmotnější než Země, mají tedy i výrazně hustější (a vůči hvězdným větrům z pulzaru) odolnější atmosféru a vlastní magnetické pole. Právě atmosféry takových planet v kombinaci s jejich magnetickým polem jsou pak perfektním prostředím pro vznik extrémně silných polárních září. A na toto upozorňují autoři článku “ Auroras on Planets around Pulsars” publikovaného v prosinci v prestižním časopise The Astrophysical Journal Letters.
„Protože neutronové hvězdy mají mnohem větší magnetická pole než ostatní hvězdy, měli bychom být schopni pozorovat i silné rádiové emise z takových planet. Jedním z jevů, který přitom můžeme zaznamenat v rádiovém oboru, je interakce hvězdného větru z pulzaru v magnetosféře planet, kde vznikají polární záře. Výsledky našich simulací ukazují, že výsledný radiová signál z polární záře na takových planetách by mohl být pozorovatelný současnými radioteleskopy. Předpokládané parametry pro takovou detekci jsou uvedeny v našem vědeckém článku,“ popisuje Miljenko Čemeljić, který připomíná, že na možnost jevu upozorňoval už před 24 lety vědeckofantastický obrázek (viz osobní poznámka autora práce).
Pokud by byla metoda úspěšná, neznamenalo by to jen potvrzení polárních září na planetách obíhajících pulzary, ale byla to nová metoda, jak objevovat exoplanety obecně, a to pomocí pozorování v rádiovém oboru. Existují dokonce předběžní kandidáti takových objevů, ale na potvrzení se stále čeká. Tak jako tak, Antony Hawish by byli nejspíš velmi potěšen, kam se jeho výzkum po objevu prvního pulzaru posunul – až k metodě objevování nových světů!
Kontakt (autor práce)
Miljenko Čemeljić
Nicolaus Copernicus Astronomical Center of the Polish Academy of Sciences
Email: miki@camk.edu.pl
Další kontakty (Fyzikální ústav v Opavě)
Mgr. Debora Lančová
Fyzikální ústav SU v Opavě
Email: debora.lancova@physics.slu.cz
Telefon: +420 776 072 756
doc. RNDr. Gabriel Török, Ph.D.
Garant evropského projektu HR Award
Email: gabriel.torok@physics.cz
Telefon: +420 737 928 755
prof. RNDr. Zdeněk Stuchlík, CSc.
Ředitel Fyzikálního ústavu SU v Opavě
Email: zdenek.stuchlik@physics.slu.cz
Vědecké práce
- https://arxiv.org/html/2312.05271v1
- https://www.camk.edu.pl/en/archiwum/2024/01/18/auroras-on-planets-around-pulsars/
Osobní poznámka autora práce
Pulsar Planet #1. Autor: Lynette Cooková/SLP
Možnost polární záře na planetě v okolí pulzaru byla 30 let vědecky opomíjena, umělecky však nikoliv. Předpověděla ji na své malbě vědecká ilustrátorka Lynette R. Cooková, která v roce 2000 namalovala obraz „Pulsar planet #1“. Já jsem na tuto malbu narazil na internetu úplnou náhodou, a to až v lednu 2024, tedy po uveřejnění našeho vědeckého článku. Hned jsem ji kontaktoval a zeptal se, jak přišla k nápadu přimalovat polární záři na obraze planety v blízkosti. Odpověděla, ji inspiroval prof. Alex Wolszczan, objevitel první planety u pulzaru (v roce 1999).
Přitom sám prof. Wolszczan mi na zasedání Evropské astronomické unie v červenci 2023 v polském Krakově na otázku, jak přišel s nápadem existence polárních září u exoplanet obíhajících pulzary, odpověděl: „Toto není moje původní myšlenka“. Věděl jsem tedy, že ač ilustrátorka zmiňuje jako zdroj jeho, ta myšlenka musí pocházet odjinud. A také že ano: Poprvé byla zmíněna v abstraktu dvou vědeckých abstraktů českých vědců J. N. Novákové a T. Petráska s názvem „Feasibility and benefits of pulsar planet characterization“ na vědecké konferenci Planetary Science Congress v roce 2017. Bylo to ovšem jakési vyjádření vědeckého přání,
nikoliv potvrzení takového jevu. I tak to bylo o 17 let poté, co vznkla zmíněná malba. I když tedy paní Cooková se svou skromností nápad existenci jevu přikládá prof. Wolszczanovi, je jasné, že její vědecko-umělecký cit způsobil, že umění tentokrát významně předběhlo vědu.
Mimochodem, první skutečně vědecká zmínka o existenci polárních zářích na planetách v okolí pulzarů padla v České republice, a to na Fyzikálním ústavu Slezské univerzity v Opavě, konkrétně na 24. ročníku konference RAGtime, o čemž referuje Sborník konference RAGtime24.