O echipa de cercetatori condusa de astronomi de la Universitatea din Tokyo si Observatorul Astronomic National din Japonia a descoperit ca orbitele inclinate ar putea fi tipice, mai degraba decat rare, cand vine vorba de sisteme exoplanetare. Masuratorile echipei asupra unghiurilor dintre axele de rotatie ale stelelor si orbitele planetelor, in cazul exoplanetelor HAT-P-11b si XO-4b, demonstreaza ca orbitele acestor planete sunt extrem de inclinate. Aceasta este prima data cand oamenii de stiinta au masurat unghiul pentru o planeta mica precum HAT-P-11b. Noile descoperiri ofera indicatori observationali importanti pentru testarea diferitelor modele teoretice legate de modul in care au evoluat orbitele sistemelor planetare.
De la descoperirea primei planete in jurul unei stele normale in anul 1995, oamenii de stiinta au identificat peste 500 de exoplanete, dintre care aproape toate sunt planete uriase si majoritatea orbiteaza in jurul stelelor gazda la distante mici. Teoriile acceptate propun ca aceste planete uriase s-au format initial din materiale abundente aflate la distanta mare de stelele gazda, si ca apoi acestea au migrat spre locatiile apropiate actuale. Au fost sugerate diferite procese de migratie pentru a explica apropierea planetelor uriase. Modelele de migratie pun accentul pe interactiunile dintre planete si discurile lor protoplanetare. Uneori, interactiunile dintre discul protoplanetar si planeta aflata in formare au ca rezultat forte care determina planeta sa cada spre steaua centrala. Aceste modele prezic ca axa de rotatie a stelei si axa orbitala a planetei se vor alinia una cu cealalta.
Modelele de migratie ale planetelor
Modelele de migratie bazate pe interactiunile dintre planete s-au concentrat pe imprastieri reciproce dintre planetele uriase in timpul crearii a doua sau mai multe planete uriase in cadrul discului protoplanetar. Desi unele dintre planete sunt imprastiate in afara sistemului, planeta cea mai interioara ar putea stabili o orbita finala in apropiere de steaua centrala. Un alt scenariu al interactiunii dintre planete, migratia Kozai, porneste de la premisa ca interactiunea gravitationala pe termen lung dintre o planeta uriasa interioara si un alt corp ceresc ar putea modifica orbita planetei, mutand o planeta interioara mai aproape de steaua centrala. Un asemenea scenariu ar putea produce o orbita inclinata intre planeta si axa stelara.
In general, inclinarea axelor orbitale ale planetelor apropiate in raport cu axele de rotatie ale stelelor gazda apare ca o baza observationala importanta pentru sprijinirea sau respingerea modelelor de migratie in jurul carora orbiteaza teoriile de evolutie orbitala. Grupul de cercetatori si-a concentrat observatiile obtinute cu Telescopul Subaru privind investigarea acestor inclinatii asupra doua sisteme despre care se stie ca au planete: HAT-P-11b si XO-4b. Grupul a masurat efectul Rossiter-McLaughlin al sistemelor si a gasit dovezi ale faptului ca axele lor orbitale sunt inclinate in raport cu axele de rotatie ale stelelor gazda.
Efectul Rossiter-McLaughlin
Efectul RM se refera la neregulile evidente in viteza radiala sau viteza unui obiect ceresc in linia de vedere a observatorului, in timpul tranzitelor planetare. Spre deosebire de liniile spectrale care sunt, in general, simetrice in masurile vitezei radiale, cele cu efect RM deviaza intr-un model asimetric. O asemenea variatie aparenta in viteza radiala in timpul unui tranzit dezvaluie unghiul proiectat pe cer dintre axa de rotatie a stelei si axa orbitala a planetei. Telescopul Subaru a participat in descoperirile anterioare ale efectului RM, pe care oamenii de stiinta l-au cercetat pentru 35 de sisteme exoplanetare pana acum.
In ianuarie 2010, o echipa de cercetatori a utilizat Telescopul Subaru pentru a observa sistemul planetar XO-4b, care se afla la 960 de ani lumina distanta de Pamant, in regiunea Lynx. Planeta sistemului este de aproape 1,3 ori mai masiva decat Jupiter si are o orbita circulara de 4,13 zile. Detectarea efectului RM de catre echipa a aratat ca axa orbitala a planetei XO-4b se inclina spre axa de rotatie a stelei gazda. Doar Telescopul Subaru a masurat efectul RM pentru acest sistem. In mai si iulie 2010, aceeasi echipa a efectuat observatii directionate ale sistemului HAT-P-11b, care se afla la 130 de ani lumina distanta de Pamant, spre constelatia Cygnus. Planeta de marimea lui Neptun orbiteaza in jurul stelei gazda intr-o orbita excentrica de 4,89 de zile si este una din cele mai mici exoplanete descoperite.
Pana la aceasta cercetare, oamenii de stiinta detectasera efectul RM doar in cazul planetelor uriase. Detectarea efectului RM pentru planetele mai mici este o provocare deoarece semnalul efectului RM este proportional cu dimensiunea planetei. Echipa a profitat de puterea enorma de colectare a luminii a Telescopului Subaru (oglinzi de 8,2 metri), precum si de precizia Spectrografului de Dispersie Mare. Observatiile lor au dus la prima detectare a efectului RM pentru o exoplaneta mai mica si, deasemenea, a oferit dovezi ale faptului ca axa orbitala a planetei este inclinata spre axa de rotatie a stelei gazda cu aproximativ 103 grade in cer.
Observatiile curente ale echipei in ceea ce priveste efectul RM pentru sistemele exoplanetare HAT-P-11b si XO-4b au aratat ca acestea au orbite planetare extrem de inclinate fata de axele de rotatie ale stelelor gazda. Cele mai noi rezultate observationale in ceea ce priveste aceste doua sisteme le includ pe cele obtinute in mod independent de constatarile de mai sus, sugerand faptul ca asemenea orbite planetare inclinate pot exista frecvent in univers. Modelele de migratie bazate pe imprastierea dintre planete sau migratia Kozai ar putea explica migratia acestora la locatiile actuale. Cu toate acestea, masuratorile efectului RM pentru sisteme individuale nu pot face discriminari intre scenariile de migratie. Deoarece diferitele modele de migratie prezic distributii diferite ale unghiului dintre axa stelara si orbita planetara, dezvoltarea unui esantion mare al efectului RM le permite oamenilor de stiinta sa efectueze analize statistice pentru a sprijini cel mai plauzibil proces de migratie. Includerea unui esantion al masuratorilor efectului RM pentru o planeta atat de mica precum HAT-P-11b va juca un rol important in intelegerea istoriei formarii si migratiei sistemelor planetare.
