Dva týmy našly u Beta Pictoris třetí planetu. Ani jeden ji nehledal

Hvězda Beta Pictoris je 63 světelných let od Země a na hvězdné poměry je to nemluvně: soustavě je asi 23 milionů let. Obklopuje ji nápadný prstenec prachu a úlomků a v něm až dosud kroužily dvě známé obří planety. Beta Pictoris b byla jednou z prvních exoplanet, kterou vůbec kdo přímo vyfotografoval, a o kus dál obíhá Beta Pictoris c. Patnáctého července astronomové ohlásili třetí, označenou d.

Zajímavější než sama planeta je to, jak se našla. Toho dne vyšly v časopise The Astrophysical Journal Letters hned dvě studie o témže tělese. Napsaly je dvě různé skupiny, každá použila jiný dalekohled a jinou metodu, a ani jedna tu planetu nehledala.

Obě skupiny mířily na planetu b

Tým kolem Aidana Gibbse z Kalifornské univerzity v San Diegu rozebíral spektra z Webbova vesmírného dalekohledu, aby lépe popsal atmosféru už známé planety b. „Nehledali jsme novou planetu. Snažili jsme se pochopit tu, o které jsme věděli,“ řekl Gibbs v tiskové zprávě NASA (přeloženo). V datech se pak objevil signál tam, kde ho nikdo nečekal.

Druhá skupina, kterou vedou Ben Sutlieff z Edinburské univerzity a Markus Bonse z Evropské jižní observatoře, mířila přístrojem ERIS na dalekohledu VLT v Chile na tutéž planetu b. „Byl to náhodný objev. Původně jsme se chtěli podrobněji podívat na známou planetu v té soustavě, na Beta Pictoris b,“ popsal to Sutlieff (přeloženo).

Obě práce vyšly ve stejném čísle a každá z nich odkazuje na tu druhou jako na nezávislý a souběžný objev. Beta Pictoris se tím podle Gibbsovy studie stala teprve druhou soustavou, u které jsou přímo zobrazené víc než dvě potvrzené planety.

Jednou podle molekul, podruhé podle světla

Gibbsův tým planetu nevyfotil. Našel ji v rozkladu světla na jednotlivé vlnové délky, tedy ve spektru. V datech z přístroje NIRSpec při rozlišení kolem 2700 se ukázaly pohlcovací čáry metanu, oxidu uhelnatého a vodní páry a druhá série pozorování NIRSpecem a přístrojem MIRI nález potvrdila. Podle autorů je to vůbec první planeta objevená porovnáváním spektrálních šablon při středním rozlišení. Metoda hledá otisk konkrétních molekul, takže ji nezaslepí jasný prach kolem hvězdy, který běžnému snímkování vadí.

Jean-Baptiste Ruffio z téhož týmu vysvětlil, proč se na obrázek nespoléhali: naučili se prý nevěřit jasným skvrnám ve snímcích, protože bývají artefaktem přístroje nebo strukturou v prachovém disku. Spektrum je proti tomu nesrovnatelně bohatší, protože z něj rovnou plyne teplota, chemické složení i pohyb tělesa.

Sutlieffova a Bonseho skupina planetu naopak opravdu zobrazila. Název jejich studie mluví za sebe: hra na schovávanou, která trvala deset let. Vůči hvězdě je planeta v infračerveném pásmu L′ slabší o 12,11 ± 0,15 magnitudy, a proti sousední planetě b je podle ESO stokrát slabší. Když ji tým našel v nových datech z přístroje ERIS, prohledal archivy a objevil ji zpětně i ve starších snímcích z Webbova přístroje NIRCam a z přístroje SPHERE na VLT. Poloha planety se tak dá sledovat jedenáct let nazpět, což stačilo na důkaz, že kolem hvězdy skutečně obíhá, a ne že se za ni jen náhodou promítá vzdálenější objekt.

Starší práce ji v těch místech vylučovaly

Tady se to komplikuje. Dvě dřívější pečlivá měření naznačovala, že ve vzdálenosti kolem 20 astronomických jednotek žádná taková planeta není. Šlo o omezení z přístroje SPHERE na VLT doplněné o měření radiálních rychlostí spektrografem HARPS (Lagrange a kolektiv, 2020) a o koronografickou fotometrii Webbovým přístrojem NIRCam (Kammerer a kolektiv, 2024). Z prvního plynulo, že tam není planeta těžší než zhruba 2 hmotnosti Jupiteru, z druhého 4 hmotnosti Jupiteru.

Gibbsova práce ten rozpor přiznává. Kdyby se teplota planety vzala přímo z nejlepšího proložení atmosférickými modely, vyšla by hmotnost 5 až 8 hmotností Jupiteru, což by starším limitům odporovalo. Autoři argumentují, že skutečná teplota je spíš mezi 600 a 800 kelviny, a to dává 2 až 4 hmotnosti Jupiteru. Sutlieffova skupina došla z přímého zobrazení k hodnotě 2,4 ± 0,6 hmotnosti Jupiteru, takže obě čísla si odpovídají.

U dráhy se studie rozcházejí

Ve vzdálenosti planety od hvězdy už taková shoda není. Sutlieffův tým uvádí ze společného rozboru drah všech tří planet velkou poloosu 26 astronomických jednotek. Gibbsův abstrakt naproti tomu z radiálních rychlostí, astrometrie a simulací stability dráhy vyvozuje poloosu nad 30 astronomických jednotek a dodává, že právě tam by planeta odpovídala za ostrý vnitřní okraj prachového disku.

Tisková zpráva NASA pracuje s číslem kolem 30 astronomických jednotek a přirovnává to k oblasti, kde u nás obíhá Neptun. Je to údaj z Gibbsovy práce. Hodnota změřená přímým zobrazením je menší a v tiskových zprávách nezazněla.

Nejslabší, ale s upřesněním

ESO ve své zprávě uvádí, že jde o nejslabší exoplanetu, jakou kdo kdy vyfotografoval ze Země. Poznámka pod čarou to hned upřesňuje: platí to pro absolutní hvězdnou velikost, tedy po přepočtu na vzdálenost soustavy, ne pro to, jak slabě planeta svítí při pohledu odsud. Rozdíl je podstatný, protože bez přepočtu by v takovém žebříčku vyhrávaly hlavně planety u nejbližších hvězd.

Valentin Christiaens z francouzského ústavu CEA Paris-Saclay z toho vyvozuje víc než jeden nález. Když planeta ležela jedenáct let v archivech přístrojů na VLT a nikdo si jí nevšiml, čeká tam podle něj ještě řada dalších nálezů.

Zdroje: studie Sutlieffa a Bonseho a Gibbse a kolektivu v The Astrophysical Journal Letters, tisková zpráva Evropské jižní observatoře a NASA.