Planeta, která je spíš foukaná než stavěná
Představte si těleso širší než devět Zemí vedle sebe, a přitom tak řídké, že by se vám v dlani zdálo lehčí než nafouknutý balonek z narozeninové oslavy. Přesně to je Kepler-51 d. Její hustota vychází na zhruba 46 kilogramů na metr krychlový. Voda, kterou nosíte v desetilitrovém kanystru, má 1 000 kilogramů na metr krychlový, planeta je tedy asi dvaadvacetkrát řidší než voda.
Aby bylo jasné, že to pořád není „v podstatě nic”: vzduch u hladiny moře váží asi 1,2 kilogramu na metr krychlový, a Kepler-51 d ho stále o kus přetrumfne, je zhruba čtyřicetkrát hustší. A pro srovnání s tělesem, které známe nejlíp: Země má hustotu 5 514 kilogramů na metr krychlový, takže je zhruba stodvacetkrát hustší než tahle planeta. Nabízelo by se sáhnout i po polystyrenu, protože se v tiskových materiálech k podobným planetám skutečně objevuje, jsou prý „spíš jako polystyren než jako kámen nebo voda”. Jenže přesné číslo pro hustotu polystyrenu k dispozici není, srovnání zůstává jen orientační. Voda a Země jsou čísla, která nekolísají, a proto zůstávají pevným bodem.
Jak se k číslu 46 došlo
Kepler-51 d objevil v roce 2014 vesmírný dalekohled Kepler, a to tranzitní metodou, sledováním, jak pravidelně ztlumí jas mateřské hvězdy, když před ní planeta přejde. Z hloubky takového zatmění vyšel poloměr: 6,187 × 10⁷ m, což je asi 9,7krát víc než poloměr Země. Je potřeba říct přesně poloměr, ne průměr, ta dvě čísla se v textech o exoplanetách běžně pletou.
Hmotnost, 4,54 × 10²⁵ kg čili asi 7,6krát víc než hmotnost Země, se měří úplně jinak, metodou nazývanou tranzitní časové odchylky, tedy z drobných nepravidelností v časování přechodů, které v soustavě způsobuje gravitační tahanice s další planetou. Teprve když se tyto dvě nezávisle změřené hodnoty vydělí podle vzorce pro objem koule, vyjde hustota 46 kilogramů na metr krychlový. Dalekohled ji tedy nikdy přímo nenaměřil, je to dopočet, který dnes vede NASA Exoplanet Archive. Odhady z jednotlivých studií se v průběhu let lišily: práce z roku 2014 počítala s hustotou pod 50 kilogramy na metr krychlový, novější rozbor z roku 2020 pak sešel až k 38 kilogramům na metr krychlový, podle toho, jak přesně se v jednotlivých výpočtech braly hmotnost a poloměr.
Proč tu intuice tápe
Normálně platí jednoduché pravidlo: co je větší, je i těžší. Mozek to počítá automaticky, větší meloun, těžší meloun. U Kepler-51 d se tento vzorec rozpadá. Poloměr je skoro desetinásobek Země, hmotnost jen o málo přes sedminásobek. Výsledkem není hutná kamenná koule jako naše planeta, ale obrovský řídký obal, patrně z vodíku a helia, nabalený kolem malého jádra. Planeta, která se spíš nadýchla, než aby narostla.
Co zatím nevíme
Z čeho přesně je ten nahuštěný obal a jak ho tvaruje záření mateřské hvězdy, zůstává otevřenou otázkou. Model odhaduje rovnovážnou teplotu planety na 381 kelvinů, nejde o přímé měření teploměrem, ale o výpočet ze zářivého toku hvězdy. Zcela odděleně se pak ví, že mateřská hvězda je poměrně aktivní a její hvězdný vítr by atmosféru planety dokázal snadno odvívat. Jak rychle a jak dlouho se to děje za celou dobu existence planety, se ale zatím nedá spočítat, zůstává to otevřené.
Snímek samotné planety neexistuje a ani existovat nemůže, Kepler-51 d je příliš malá a příliš blízko své hvězdě na přímé zobrazení současnými přístroji. Všechno, co o ní víme, se čte z křivek jasnosti při tranzitech. Obrázky soustavy Kepler-51, které se u podobných článků objevují, jsou umělecké představy, mimo jiné s kreditem NASA, ESA a autorů L. Hustaka, J. Olmsteda, D. Playera a F. Summerse ze Space Telescope Science Institute, ne fotografie.