Kepler-51 b: planeta s hustotou balicí pěny
Vezmi do ruky kus pěnového polystyrenu, ve kterém přišla televize. Skoro ho necítíš, obyčejná balicí pěna má hustotu zhruba 10 až 35 kilogramů na metr krychlový, podle typu (odhad, běžná materiálová hodnota, ne z vesmírné agentury). Teď si zkus představit celou planetu se stejnou hustotou. Exoplaneta Kepler-51 b, obíhající mladou hvězdu podobnou Slunci, má hustotu kolem 30 kilogramů na metr krychlový, tedy zhruba tolik, kolik má tahle pěna. Celý svět nacpaný do rozmezí, které normálně znáš z krabice od elektroniky.
Pro srovnání: průměrná hustota Země je 5 514 kilogramů na metr krychlový. Kepler-51 b tak vychází na přibližně 0,006násobek pozemské hodnoty, zhruba jednu sto sedmdesátinu. Patří mezi nejřidší planety, jaké se zatím podařilo popsat.
Hustota, která nesedí s velikostí
Hustota se počítá jednoduše, hmotnost dělená objemem. Kepler-51 b má hmotnost 1,254 × 10²⁵ kilogramů, což je 2,1násobek hmotnosti Země. Ta hmota je ale rozprostřená do koule o poloměru 4,52 × 10⁷ metru, tedy 7,10násobku poloměru Země, rozměr, který se blíží malému plynovému obru. Hmotnost se sotva zdvojnásobila, objem se ale nafoukl mnohem víc, protože roste s třetí mocninou poloměru. Přesně v tomhle nepoměru vzniká to nízké číslo, 30 kilogramů na metr krychlový.
Jak se dá zvážit planeta, kterou nikdy nikdo neviděl
Kepler-51 b objevil v roce 2012 vesmírný dalekohled Kepler tranzitní metodou: sledoval, jak se pravidelně ztlumí světlo hvězdy Kepler-51, kdykoli před ní planeta přejde. Z hloubky a délky každého zákrytu se spočítá poloměr. Hmotnost je těžší úloha, v roce 2014 ji z nepravidelností v načasování tranzitů (metoda TTV, tedy z toho, jak sousední planety v soustavě gravitačně popostrkují dobu zákrytu) spočítal astronom Kento Masuda. Vyšla mu překvapivě nízká hmotnost vzhledem k velkému poloměru. Hustota 30 kilogramů na metr krychlový je právě z těchto dvou odvozených čísel dopočítaná, ne naměřená jedním přístrojem najednou.
Nafouknutý balonek místo kamene
Na Zemi platí, že větší kámen je i těžší. U Kepler-51 b se ale objem nafoukl mnohem rychleji než hmotnost, takže kolem poměrně malého jádra vznikla obří, řídká plynová obálka. V roce 2019 tým vedený Jessicou Libby-Robertsovou z Pensylvánské státní univerzity změřil Hubblovým teleskopem atmosféry planet v soustavě Kepler-51 a jejich hustotu přirovnal k cukrové vatě, kterou koupíš na pouti. Astronomové takhle nadýchaným světům říkají „superpufy“, planety objemem blízko plynovým obrům, hmotou ale sotva nad úrovní Země.
Co se ještě neví
Proč je hustota Kepler-51 b tak nízká, se přesně neví, existuje víc hypotéz a každá má slabiny. Jedna počítá s malým skalnatým jádrem obaleným vodíkovo-heliovou atmosférou, jiná navrhuje, že planetu nafukuje spíš teplo z jejího nitra, další uvažuje o prašné atmosféře unikající do prostoru nebo o soustavě prstenců, které vidíme téměř z boku. Rovnovážná teplota, teoretická hodnota, jakou by planeta měla, kdyby jen vyzařovala teplo přijaté od hvězdy, vychází z modelu na 543 kelvinů, tedy 270 stupňů Celsia. Není to údaj z teploměru, ale z výpočtu. Odhady zároveň počítají s tím, že si Kepler-51 b atmosféru postupně ztrácí a během miliard let by se mohla scvrknout na hustší, menší svět typu mini-Neptun. Jak rychle a jakým mechanismem k tomu dochází, zůstává otevřené.
Žádná fotka, jen křivka jasnosti
Kepler-51 b nikdy nikdo nevyfotil jako kotouček nebo disk, je příliš malá a příliš daleko na to, aby ji zachytila kamera. Obrázky, které k ní kolují, včetně ilustrace tří obřích planet soustavy Kepler-51 v porovnání s planetami sluneční soustavy (kredit NASA/ESA, L. Hustak a J. Olmsted, STScI), jsou vždy umělecké představy, ne snímky. Skutečná data, ze kterých se celý příběh planety poskládal, jsou obyčejné grafy, tenké zářezy v křivce jasnosti hvězdy Kepler-51, které se opakují každých 45,2 dne, kdykoli před ní planeta znovu přejde.