Co jsou to „zakázané“ planety a proč existují?
Exoplanety plynní obři obíhající kolem drobných červených trpaslíků odporují současným modelům formování planet. Zde je popsáno, jak tyto takzvané zakázané planety zpochybňují to, co si astronomové mysleli, že vědí.
Planeta, která by tam neměla být
Představte si hrášek obíhající citron. To je zhruba poměr velikostí mezi plynným obrem TOI-5205 b a jeho hostitelskou hvězdou, červeným trpaslíkem, který je sotva čtyřikrát širší než Jupiter. Podle všech hlavních modelů formování planet by svět tak masivní neměl existovat kolem tak malé hvězdy. Astronomové nazývají objekty, jako je tento, „zakázané“ planety – plynné obry nalezené na místech, kde podle teorie nemohou růst.
Objev, poprvé zaznamenaný družicí NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) a později potvrzený pozemními teleskopy, není ojedinělou kuriozitou. Rostoucí katalog podobných nesrovnalostí nutí planetární vědce přehodnotit základní fyziku vzniku světů.
Jak se planety obvykle formují
Dominantním vysvětlením pro formování plynných obrů je model akrece jádra. Ve vířícím disku plynu a prachu kolem novorozené hvězdy se drobná zrnka srážejí a drží pohromadě, čímž postupně budují kamenné jádro. Jakmile toto jádro dosáhne zhruba 10 až 15 hmotností Země, jeho gravitace zesílí natolik, že začne pohlcovat obrovské množství okolního vodíku a helia, čímž se nafoukne do plynného obra, jako je Jupiter nebo Saturn.
Tento proces je pomalý – odhady se pohybují od několika milionů do desítek milionů let – a vyžaduje disk bohatý na pevný materiál. To je přesně ten problém s červenými trpaslíky. Tyto chladné, slabé hvězdy, které tvoří asi 70 procent všech hvězd v Mléčné dráze, mají úměrně méně masivní disky. Méně surovin znamená menší šanci na vybudování jádra dostatečně těžkého na to, aby spustilo nekontrolované zachycování plynu dříve, než se disk rozplyne.
Proč červení trpaslíci porušují pravidla
Průzkumy naznačují, že plynní obři v těsné blízkosti obíhají pouze kolem jedné ze 40 červených trpaslíků, ve srovnání s přibližně jednou z deseti hvězd podobných Slunci. Tato vzácnost odpovídá předpovědi akrece jádra – ale výjimky jsou velkolepé. TOI-5205 b blokuje celých sedm procent světla své hvězdy během každého tranzitu, což je obrovský signál, který nenechává žádné pochybnosti o její velikosti.
Pozorování pomocí Kosmického teleskopu Jamese Webba (JWST) prohloubila záhadu. Studie z roku 2025 publikovaná v The Astronomical Journal zjistila, že atmosféra TOI-5205 b obsahuje méně těžkých prvků než její vlastní hostitelská hvězda – což je opak toho, co předpovídá akrece jádra. Modely vnitřku naznačují, že objem planety je zhruba 100krát bohatší na kovy než její tenký vnější obal, což naznačuje, že vnitřek a atmosféra nejsou dobře promíchané.
Alternativa: Nestabilita disku
Pokud jádro nemůže růst dostatečně rychle, možná ho planeta nikdy nepotřebovala. Model nestability disku navrhuje, že dostatečně masivní a chladný protoplanetární disk se může přímo fragmentovat do gravitačně vázaných shluků. Tyto shluky se zhroutí pod vlastní vahou již za několik stovek let – tisíckrát rychleji než akrece jádra.
Nestabilita disku elegantně vysvětluje, jak se plynný obr mohl objevit kolem hvězdy s nízkou hmotností dříve, než disk zmizí. Model má však své vlastní potíže: vyžaduje specifické teploty a hmotnosti disku a simulace ukazují, že mnoho shluků je roztrháno dříve, než se mohou smrštit do stabilních planet.
Třetí možnost zahrnuje disky s delší životností kolem červených trpaslíků. Disky bohaté na plyn byly detekovány kolem hvězd s nízkou hmotností starých až 45 milionů let, což je mnohem déle než typická životnost pěti až deseti milionů let pozorovaná kolem hvězd podobných Slunci. Delší okno by mohlo poskytnout akreci jádra čas navíc, který potřebuje.
Proč na tom záleží
Červení trpaslíci jsou nejběžnější hvězdy v galaxii a mnohé z nich se nacházejí v hledáčku exoplanetárních průzkumů hledajících obyvatelné světy. Pochopení toho, jaké druhy planet se kolem nich mohou formovat – a jak – přímo ovlivňuje odhady toho, kde by mohl vzniknout život.
Zakázané planety také slouží jako přirozené laboratoře. Protože blokují tak velkou část světla své hvězdy, mohou nástroje jako JWST studovat jejich atmosféry s neobvyklými detaily a testovat modely formování pomocí skutečných chemických otisků spíše než pouze počítačových simulací.
Jak katalog těchto nesourodých světů roste, je jedna věc jasná: vesmír buduje planety způsoby, které si astronomové ještě plně nepředstavili.
