Från ett pressmeddelande från Subaru-teleskopet och Japans nationella astronomiska observatorium:
En forskargrupp ledd av astronomer från University of Tokyo och National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) har upptäckt att lutande banor kan vara typiska snarare än sällsynta för exoplanetära system - de utanför vårt solsystem. Deras mätningar av vinklarna mellan axlarna i stjärnans rotation (stellar rotationsaxel) och planetens omlopp (planetära orbitalaxel) på exoplaneterna HAT-P-11b och XO-4b visar att dessa exoplaneternas banor är mycket lutade. Detta är första gången som forskare mäter vinkeln för en liten planet som HAT-P-11 b. De nya fynden ger viktiga observationsindikatorer för att testa olika teoretiska modeller för hur planetsystemens banor har utvecklats.
Sedan upptäckten av den första exoplaneten 1995 har forskare identifierat mer än 500 exoplaneter, planeter utanför vårt solsystem, nästan alla är jätteplaneter. De flesta av dessa gigantiska exoplaneter kretsar nära sina värdstjärnor, till skillnad från vårt solsystemets jätteplaneter, som Jupiter, som kretsar runt solen på avstånd. Accepterade teorier föreslår att dessa jätteplaneter ursprungligen bildades av rikliga planetbildande material långt från sina värdstjärnor och sedan migrerade till sina nuvarande nära platser. Olika migrationsprocesser har föreslagits för att förklara närliggande jätteexoplaneter.
Disk-planet-interaktionsmodeller för migration fokuserar på interaktioner mellan planeten och dess protoplanetära disk, den disk från vilken den ursprungligen bildades. Ibland resulterar dessa interaktioner mellan den protoplanetära disken och den formande planeten i krafter som får planeten att falla mot den centrala stjärnan. Denna modell förutspår att stjärna och planetens orbitalaxel kommer att vara i linje med varandra.
Planet-planet-interaktionsmodeller för migration har fokuserat på ömsesidiga spridningar bland jätteplaneter. Migrering kan ske från planetspridning, när flera planeter sprider sig under skapandet av två eller flera jätteplaneter inom den protoplanetära disken. Medan några av planeterna sprider sig från systemet kan den innersta skapa en sista bana mycket nära den centrala stjärnan. Ett annat interaktionsscenario mellan Kozai-planet, Kozai-migrationen, säger att den långsiktiga gravitationsinteraktionen mellan en inre jätteplanet och ett annat himmelobjekt som en följeslagare eller en yttre jätteplanet över tid kan förändra planetens omloppsbana och flytta en inre planet närmare till den centrala stjärnan. Interaktion mellan planet-planet-migration, inklusive spridning av planet-planet och Kozai-migration, skulle kunna ge en lutande bana mellan planeten och den stella axeln.
Sammantaget framträder lutningen av omloppsaxlarna för närbelägna planeter relativt värdstjärnornas spinnaxlar som en mycket viktig observationsbasis för att stödja eller motbevisa migrationsmodeller på vilka teorier om orbital evolution centra. En forskargrupp ledd av astronomer från University of Tokyo och NAOJ koncentrerade sina observationer med Subaru-teleskopet för att undersöka dessa lutningar för två system som är kända för att ha planeter: HAT-P-11 och XO-4. Gruppen mätte Rossiter-McLaughlin (hädanefter RM) -effekten av systemen och fann bevis för att deras orbitalaxlar lutar relativt rotationsaxlarna hos deras värdstjärnor.
RM-effekten hänvisar till uppenbara oegentligheter i radiell hastighet eller hastighet för ett himmelobjekt i observatörens siktlinje under planetövergångar. Till skillnad från de spektrallinjer som i allmänhet är symmetriska i mått på radiell hastighet avviker de med RM-effekten i ett asymmetriskt mönster (se figur 1). En sådan uppenbar variation i radiell hastighet under en transitering avslöjar den himmelsprojicerade vinkeln mellan den stella rotationsaxeln och den planetära omloppsaxeln. Subaru Telescope har deltagit i tidigare upptäckter av RM-effekten, som forskare har undersökt för ungefär trettiofem exoplanetära system hittills.
I januari 2010 använde ett forskarteam som leddes av det nuvarande lagets astronomer från University of Tokyo och National Astronomical Observatory of Japan Subaru Telescope för att observera planetsystemet XO-4, som ligger 960 ljusår bort från jorden i Lynx-regionen . Systemets planet är ungefär 1,3 gånger så massiv som Jupiter och har en cirkulär bana på 4,13 dagar. Deras upptäckt av RM-effekten visade att planet XO-4b omloppsaxel lutar till värdstjärns rotationsaxel. Endast Subaru-teleskopet har uppmätt RM-effekten för detta system hittills.
I maj och juli 2010 genomförde den nuvarande forskargruppen riktade observationer av det exoplanetära systemet HAT-P-11, som ligger 130 ljusår från jorden mot konstellationen Cygnus. Den Neptune-stora planeten HAT-P-11 b kretsar runt sin värdstjärna i en icke-cirkulär (excentrisk) bana på 4,89 dagar och är bland de minsta exoplaneter som någonsin upptäckts. Fram till denna forskning hade forskare bara upptäckt RM-effekten för jätteplaneter. Detekteringen av RM-effekten för planeter i mindre storlek är utmanande eftersom signalen om RM-effekten är proportionell mot planetens storlek; ju mindre den transiterande planeten, desto svagare blir signalen.
; Teamet utnyttjade den enorma ljusuppsamlingskraften i Subaru Teleskopets 8,2 m spegel samt precisionen i dess högdispersionsspektrograf. Deras iakttagelser resulterade inte bara i att den första upptäckten av RM-effekten för en mindre exoplanet i storleken av Neptunstorlek gav också bevis för att planets omloppsaxel lutar till den stella rotationsaxeln med ungefär 103 grader på himlen. En forskargrupp i USA använde Keck-teleskopet och gjorde oberoende observationer av RM-effekten av samma system i maj och augusti 2010; deras resultat liknade dem från University of Tokyo / NAOJ-teamets observationer från maj och juli 2010.
Det nuvarande teamets observationer av RM-effekten för planetsystemen HAT-P-11 och XO-4 har visat att de har planetbanor högt lutade mot sina värdstjärnors rotationsaxlar. De senaste observationsresultaten om dessa system, inklusive de som erhållits oberoende av de fynd som rapporteras här, tyder på att sådana starkt lutande planetbanor vanligen kan existera i universum. Planet-planet-scenariot för migration, vare sig det orsakas av planet-planet-spridning eller Kozai-migration, snarare än planet-disk-scenariot kan redogöra för deras migration till nuvarande platser.
Mätningar av RM-effekten för enskilda system kan emellertid inte avgörande skilja på migrationsscenarierna. Statistisk analys kan hjälpa forskare att avgöra vilken, om någon, migrationsprocess som är ansvarig för de mycket lutande banorna på jätteplaneter. Eftersom olika migrationsmodeller förutsäger olika fördelningar av vinkeln mellan stjärnaxeln och planetbanan, kan utvecklingen av ett stort prov av RM-effekten göra det möjligt för forskare att stödja den mest troliga migrationsprocessen. Införandet av mätningarna av RM-effekten för en så liten planet som HAT-P-11b i provet kommer att spela en viktig roll i diskussioner om planetära migrationsscenarier.
Många forskargrupper planerar att göra observationer av RM-effekten med teleskop runt om i världen. Det nuvarande teamet och Subaru-teleskopet kommer att spela en integrerad roll i kommande utredningar. Kontinuerliga observationer av transiterande exoplanetära system kommer att bidra till en förståelse av planeringssystemets bildning och migrationshistoria inom en snar framtid.
