Hvězda potvrdila Einsteinovu teorii

Na počátku bylo hledání planet
Bez kosmické družice Kepler by k objevu nedošlo, a to přesto, že data z družice byla nejprve vysvětlena špatně. Kepler má za úkol hledat a pozorovat planety u cizích hvězd. Exoplanet už se jí podařilo najít stovky a z družice se stal jeden z nejúspěšnějších kosmických dalekohledů a kosmických projektů vůbec. Družice se dívá stále na jedno místo oblohy v souhvězdí Labutě, kde má ve svém širokém zorném poli vytipováno asi 150 000 hvězd. Právě téměř nepřetržité sledování umožňuje zachytit nečekané změny jasnosti těchto hvězd. Exoplanety se daří odhalit ve chvíli, kdy se při oběhu kolem své mateřské hvězdy dostanou před disk této hvězdy. V tu chvíli velice nepatrně poklesne jasnost hvězdy, malá a tmavá exoplaneta působí jako malé černé stínítko před hvězdou. Tento velmi malý úbytek světla dokáže nejlépe měřit kosmický dalekohled Kepler, kterému nepřekáží atmosféra Země, a který na to má výborné technické vybavení.

Důvěřuj, ale prověřuj
Tak by šla nazvat práce astronomů, kteří zpracovávají data z družice Kepler. Počty hvězd, které nesvítí stále stejně, překonaly původní odhady a astronomové mají plné ruce práce, aby se vyznali v tom, co se s hvězdami děje. Některé se mění i bez planet. Tyto proměnné hvězdy mají různé příčiny proměnnosti, některé pulzují, jiné se schovávají za jinou hvězdu, u dalších dochází k výbuchům v atmosféře. Rozlišit, co je projev přítomnosti exoplanety a co způsobuje hvězda sama, to není tak jednoduché. U jasných případů je exoplaneta pojmenována Kepler 1b, 2b atd. Ostatní případy, a těch je mnohonásobně více, dostanou jen číslo KOI z angl. „Kepler Object of Interest“. Hvězda, která nás teď zajímá, se objevila v prvním takovém katalogu vydaném v roce 2010 a dostala označení KOI 256. Tito tzv. kandidáti jsou pak prověřováni dalšími pozemními dalekohledy po celém světě. Protože sledování exoplanet je dnes velmi prestižní záležitost, není o další pozemská pozorování nouze. Dokonce i původně česká a dnes již mezinárodní databáze pozorování exoplanet projektu TRESCA provozovaného Sekcí proměnných hvězd a exoplanet České astronomické společnosti obsahuje záznamy o pozorování KOI 256.

Nejnadějnějším lovcem exoplanet v současnosti je družice Kepler. Měří jasnosti hvězd a hledá poklesy typické pro tranzit exoplanety.|foto: NASA

Dobré potvrzení, špatné vysvětlení
Po zveřejnění existence kandidáta KOI 256 následná pozorování jednoznačně potvrdila, že hvězda se skutečně mění. Na dobu téměř jedné a půl hodiny se jasnost hvězdy snižuje a to vždy jednou za jeden a půl dne. Železná pravidelnost jevu a průběh změny jasnosti hvězdy svědčily na první pohled o tom, že jde o exoplanetu. Vědci dokonce vypočítali, že je asi dvakrát větší než náš Jupiter. Ten je největší planetou sluneční soustavy, jedenáctkrát větší než Země. Velká exoplaneta se zdála být potvrzena, ale ve skutečnosti je všechno jinak.

Příliš těžká planeta
Velké překvapení čekalo na astronomy, kteří pomocí Halova dalekohledu v USA změřili rychlost, jakou obíhá planeta kolem hvězdy. Všechno bylo obráceně – to naopak hvězda obíhala kolem planety! Takový nesmysl popírající zákony gravitace a pohybu kosmických těles byl samozřejmě nepřijatelný. Z nových měření vyšlo najevo, že původně mylně identifikovaná planeta je těžší než hvězda a sama je tedy také hvězdou. KOI 256 tak můžeme rázem vyškrtnout ze seznamu kandidátů exoplanet. Jde o dvojhvězdu. Větší z nich, o které se už vědělo, je červeným trpaslíkem o hmotnosti i poloměru asi poloviny našeho Slunce. Jde o chladnou hvězdu s povrchovou teplotou asi 3500 stupňů, proto je načervenalá. Druhá hvězda je velmi malá, zhruba jako naše Země, ale za to těžší, víc než polovina hmotnosti našeho Slunce.

Vlevo: Bílý trpaslík za červeným a průběh jasnosti. Vpravo: Bílý trpaslík před červeným a efekt lupy.|foto: NASA/JPL Caltech

Trpaslík ohýbající světlo
Menší z hvězd patří mezi tzv. bílé trpaslíky. To jsou vyhaslá jádra starých hvězd. Trpaslík je sice stále rozžhaven na asi 7000 stupňů, ale už nemá vnitřní zdroj energie a jenom chladne. Díky malému povrchu bude chladnout ještě stovky miliard let, dokud se z něho nestane tmavý černý trpaslík. K tomu ale ještě u žádného trpaslíka nedošlo, takové chladnutí trvá mnohem delší dobu, než je současné stáří vesmíru. Když si představíme hmotu poloviny Slunce nacpanou v objemu odpovídajícímu planetě Zemi, je jasné, že musí jít o nesmírně hustý objekt. Čajová lžička hmoty bílého trpaslíka by vážila tunu! Už Albert Einstein ve své obecné teorii relativity předpověděl, že silné gravitační pole dokáže ohýbat světelné paprsky. Víme už skoro sto let, že to je pravda. Dokáže to i naše vlastní Slunce se světlem hvězd, které se nám promítají do jeho okolí, tak proč by to nedokázal bílý trpaslík, jen o polovinu lehčí než Slunce.

Kosmická lupa
Ohýbání světla kosmickými objekty se říká gravitační čočka. Je to přiléhavý název, protože bližší objekt ohýbá směrem k Zemi i ty světelné paprsky jiného vzdálenějšího objektu, které by k nám jinak nedoletěly. Tím fakticky světlo vzdálenějšího objektu zesiluje a my ho díky tomu můžeme lépe pozorovat. Tento efekt se projevuje jak ve vzdáleném vesmíru, kde bližší galaxie jako lupa zvětšuje galaxii mnohem vzdálenější, tak třeba v naší Galaxii, kde může třeba i neviditelný objekt zvětšit světlo některé vzdálené hvězdy. Gravitační čočky jsou studovány desítky let a staly se běžnou součástí výzkumu. Případ hvězdy KOI 256, kterou objevil kosmický dalekohled Kepler, je ale přeci jen výjimečný. Jde o první případ, kdy přímo vidíme gravitační ohyb světla způsobený tak malým objektem, kterým je bílý trpaslík. Ten jako lupa zvětšuje uměle jas červeného trpaslíka, což je ve světelné křivce z družice Kepler přímo vidět. A proč se to podařilo objevit až teď? Protože to dokáže detekovat jen družice Kepler. Schopnost Keplera sledovat tmavé planety před svítivými hvězdami se přirovnává ke schopnosti spatřit blechu na žárovce vzdálené 5 kilometrů. Takže i nepatrné gravitační zjasnění červeného trpaslíka působením trpaslíka bílého, bylo v jeho schopnostech. Možná se podaří objevit takových případů více.