Planetární sirotci – jak vznikají osamělé bludné planety?

Neobíhají žádnou z hvězd. Jako temné a nepříjemné chladné světy bloudí bezcílně naší galaxií. Odkud se vzaly a jaká je jejich minulost? Hrozí naší Zemi od bludných planet nějaké nebezpečí?

Různorodé planety, které byly v posledních letech objeveny vesmírným teleskopem Kepler, mají společnou jednu vlastnost: obíhají některou z hvězd naší galaxie. Gravitační síla hvězdy je nutí obíhat po více či méně kruhových nebo eliptických dráhách ve svém okolí a určuje tak jízdní řád, kterému  se takové planety podřizují.

Kromě nich se ale v naší galaxii musí vyskytovat planety, které jsou volné a neobíhají žádnou z hvězd. Odborný název pro taková vesmírná tělesa zní anglicky „free floating planets“, volně přeloženo „bludné planety“. Odkud se berou a proč se z nich stali sirotkové?

Planety vznikají srážkami a koagulací hmoty. Gravitace je nejslabší ale nejúpornější ze všech čtyřech fundamentálních sil. Na hmotu působí přitažlivě. Nedá se ničím narušit nebo odstínit. Malé částice hmoty se navzájem přitahují malou, zato neodolatelnou silou. Čím těžší jsou, tím silnější je síla, která je drží pohromadě.

Vznik planet, tedy těles, která v sobě shromáždila velké množství hmoty, je nejpravděpodobnější v zahuštěných protoplanetárních discích. Jsou to zbytky oblaku plynu a prachu, ze kterého se v centru vytvořila hvězda. To, že někde vznikne planeta bez účasti tohoto mechanismu, je velice nepravděpodobné. Prach a plyn musí mít určitou hmotnost a hustotu, aby se z něj mohl vytvořit tak velký objekt. Hmotnost oblaku prachu a plynu přitom vysoce převyšuje hmotnost planety samotné.

V téměř prázdném prostoru mezi hvězdami není dost hmoty na to, aby z ní  mohly vznikat osamocené planety. Doba, kterou by ke své tvorbě potřebovaly, je při nízké koncentraci mezihvězdné hmoty nejspíše delší, než stáří našeho vesmíru.

Daleko pravděpodobnější je, že planety, které putují galaxií a nejsou gravitačně vázané na žádnou z jejích hvězd, musely v minulosti vzniknout v některém z planetárních systémů, ze kterého se později oddělily.

Naše vlastní planetární soustava

Doba, ve které žijeme, je klidná a spořádaná. Alespoň co se týká gravitačních poměrů v naší Sluneční soustavě. Všech osm planet krouží kolem Slunce po relativně jednoduchých drahách. Mají mezi sebou dostatečné rozestupy, takže se moc navzájem neruší svou gravitací.

V minulosti ale vypadala Sluneční soustava jinak než dnes. Vše nasvědčuje, že se v ní zpočátku vytvořilo daleko více planetárních těles, než kolik jich dnes pozorujeme. Počítačové simulace naznačují, že se v našem systému na jeho počátku mohlo zformovat i několik desítek planet. Neměly mezi sebou potřebné rozestupy, občas se dokonce jejich dráhy mohly i křížit, což vedlo k nevyhnutelným kolizím.

Jedné takové kolizi mimochodem vděčíme za Měsíc. Při srážce Země a menšího planetárního tělesa (velkého zhruba jako Mars), se na oběžnou dráhu kolem Země dostalo větší množství materiálu obou původních těles. Později z něj měl vzniknout průvodce naší planety. Stabilizuje zemskou osu a tím i klimatické podmínky na Zemi, tato kolize se tedy dá považovat za velice šťastnou katastrofu.

Řada kolizí, zdá se, vyčistila prostor mezi Merkurem a Sluncem. Podle simulací zde mohlo vzniknout hned několik planet, jejichž dráhy byly dlouhodobě nestabilní. Napovídá tomu i vnitřní struktura samotného Merkuru, který má nepřiměřeně velké jádro. O svůj planetární plášť mohl přijít při četných kolizích. Materiál, který se na jeho oběžnou dráhu mohl při podobných katastrofách dostat, se na ní neudržel, proto nemá Merkur žádný měsíc. Důvodem je silný vliv slunečního větru a gravitace relativně blízkého Slunce. 

Nemusí to vždy končit kolizí. Úplně stačí, když se dvě velká tělesa dostanou do vzájemné blízkosti. Gravitační síla se pak postará o následující scénář. Vzájemné gravitační působení jedno z těles urychlí, zatímco druhé těleso se zpomalí. Jedno nebo obě tělesa mohou být následně z planetárního systému doslova vymrštěna do volného mezihvězdného prostoru.

Kolizemi nebo vzájemným gravitačním působením se tedy počet planet a planetek ve Sluneční soustavě časem snižoval až jich zbylo jen osm.

Není důvod se domnívat, že ostatní planetární soustavy na tom byly jinak. Pravidelní čtenáři si jistě vzpomenou na nedávný blog, který pojednával o nálezu objektů, kterým říkáme „Řekové“ nebo „Trojané“. Jsou to menší tělesa, která se formují v tzv. Lagrangeových bodech gravitační soustavy. Vesmírný teleskop Kepler nalezl stopy jejich existence u exoplanet, obíhajících cizí hvězdy. Znamená to, že se jejich planetární systémy vyvíjejí podobně jako náš a stejně jako v naší Sluneční soustavě v nich dochází k formování různých objektů. Stejně jako u nás, i v cizích systémech je vývoj určen gravitačními vlivy.

Část svých planet ztratily tedy i cizí systémy kolizemi – část jich soustavy opustila a dodnes bloudí naší galaxií.

Jak je najít, planety přece nezáří?

Potulné planety jsou tmavé, relativně malé objekty, které nejsou vidět dnešními teleskopy. Pokud je chtějí objevit, musí se vědci uchýlit k malé lsti.

Používají k tomu jevu, kterému se říká efekt gravitační čočky. Zakládá se na jedné základní schopnosti hmoty. Ta umí křivit časoprostor ve svém okolí.

Světelný paprsek, který vyslala některá ze vzdálených hvězd a který prolétá kolem bludné planety, změní díky jejímu gravitačnímu působení nepatrně svůj směr. Planeta přitom funguje podobně jako čočka, která koncentruje paprsky do jednoho místa. Prakticky se to projevuje tak, že hvězda malinko „blikne“, zvýší svůj jas. Dosáhne nás totiž nejen světlo, které pro nás bylo určeno, ale také fotony, které by náš teleskop bez vlivu planety minuly.

Astronomové jsou díky vývoji techniky v posledních letech schopni pozorovat opravdu velké množství hvězd Mléčné dráhy. Nasbírali tak obrovské množství dat. Ze získaných údajů vytvořili přibližný odhad počtu bludných planet.

V naší galaxii může bloudit až 400 miliard osamělých planet.

To by bylo dvakrát více, než hvězd v galaxii.

Není to nebezpečné?

400 miliard planet, které bloudí galaxií a nedodržují žádný jízdní řád, to je opravdu úctyhodné množství. Jak velká je pravděpodobnost, že se srazí s některým už stabilním planetárním systémem? Jak velké je nebezpečí, které nám od těchto nešťastných a osamělých planet hrozí?

Nebezpečí je téměř nulové. I když se jejich  množství zdá být obrovské, je tu opravdu mizivá pravděpodobnost, že se podobné těleso dostane do naší Sluneční soustavy a způsobí v ní nějakou škodu. Stejně jako je obrovské množství bludných planet, je totiž obrovský i prostor, který má galaxie k dispozici.

Názorně se to dá představit na příkladu naší soustavy a jejího okolí. Mezi Sluncem a nejbližšími cizími hvězdami je zhruba tolik prostoru,  že to odpovídá 100 krychlovým světelným rokům. Oproti tomu je vnitřní Sluneční soustava velká jen dvě miliardtiny krychlového světelného roku.

Potulná planeta by se musela trefit do opravdu minimálního cíle ve srovnání s celkovým objemem prostoru, který má k dispozici.

Jak by vypadala taková potulná planeta?

Jako první nás nejspíš napadne, že to bude zamrzlý svět, který letí věčnou tmou. To nezní příliš přívětivě. Mohl by na takové planetě existovat život?

Kupodivu nejsou šance až tak malé, jak by se mohlo na první pohled zdát.

Představme si naši Zemi. V jejím jádře panuje teplota kolem 6000 stupňů Celsia. Zahřívá se rozpadem různých radionuklidů. Zatímco je povrch naší imaginární bludné planety zmrzlý na kost, mohla by se v jejím „podzemí“ udržovat teplota, příjemná pro vznik nebo udržení života. Stejně tak by mohl pod povrchem planety existovat tekutý oceán, jaký nacházíme například pod ledovým příkrovem daleko menšího Jupiterova měsíce Europa nebo Saturnova měsíce Enceladus.

Teoreticky je tedy možné, že dalekým vesmírem putuje osamělá planeta, na které bují život v podzemním oceánu. Jak by si asi eventuální obyvatelé takového světa představovali mimozemšťany? Hledali by je u horkých hvězd, nebo spíš v chladném a temném prostoru bez hranic?

Další informace najdete například zde: http://www.phys.canterbury.ac.nz/moa/index.html nebo zde: https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2011/18may_orphanplanets, https://palereddot.org/de/the-hunt-for-free-floating-planets-in-our-galaxy/