Forskere observerer de første planet-inducerede stjernepulsationer

For første gang, astronomer fra MIT og andre steder har observeret en stjerne, der pulserer som reaktion på dens kredsende planet.

Stjernen, som går under navnet HAT-P-2, er omkring 400 lysår fra Jorden og er omgivet af en gaskæmpe, der måler otte gange Jupiters masse – en af ​​de mest massive exoplaneter, man kender i dag. Planeten, kaldet HAT-P-2b, sporer sin stjerne i en meget excentrisk bane, flyver ekstremt tæt på og omkring stjernen, derefter skyndte sig langt ud, før den til sidst cirkulerede rundt igen.

Forskerne analyserede mere end 350 timers observationer af HAT-P-2 taget af NASAs Spitzer Space Telescope, og fandt ud af, at stjernens lysstyrke ser ud til at svinge en smule hvert 87. minut. I særdeleshed, stjernen ser ud til at vibrere med nøjagtige harmoniske, eller multipla af planetens kredsløbsfrekvens - den hastighed, hvormed planeten kredser om sin stjerne.

De præcist timede pulseringer har fået forskerne til at tro, at i modsætning til de fleste teoretiske modelbaserede forudsigelser af exoplanetarisk adfærd, HAT-P-2b kan være massiv nok til periodisk at forvrænge sin stjerne, får stjernens smeltede overflade til at blusse, eller puls, Som svar.

"Vi troede, at planeter ikke rigtig kan ophidse deres stjerner, men vi finder ud af, at denne gør det, " siger Julien de Wit, en postdoc i MIT's Department of Earth, Atmosfæriske og planetariske videnskaber. "Der er en fysisk forbindelse mellem de to, men på dette stadium, vi kan faktisk ikke forklare det. Så disse er mystiske pulseringer fremkaldt af stjernens ledsager."

De Wit er hovedforfatter af et papir, der beskriver resultaterne, offentliggjort i dag i Astrofysiske tidsskriftsbreve .

At få puls

Holdet kom tilfældigt over stjernernes pulseringer. Oprindeligt, forskerne forsøgte at generere et præcist kort over en exoplanets temperaturfordeling, når den kredser om sin stjerne. Et sådant kort ville hjælpe videnskabsmænd med at spore, hvordan energi cirkuleres gennem en planets atmosfære, som kan give fingerpeg om en atmosfæres vindmønstre og sammensætning.

Med dette mål for øje, holdet så HAT-P-2 som et ideelt system:Fordi planeten har en excentrisk bane, den vipper mellem ekstreme temperaturer, dreje
koldt når det bevæger sig langt væk fra sin stjerne, opvarmes derefter hurtigt, når den svinger ekstremt tæt på.

"Stjernen dumper en enorm mængde energi på planetens atmosfære, og vores oprindelige mål var at se, hvordan planetens atmosfære omfordeler denne energi, " siger de Wit.

Forskerne opnåede 350 timers observationer af HAT-P-2, taget med mellemrum af Spitzers infrarøde teleskop mellem juli 2011 og november 2015. Datasættet repræsenterer et af de største nogensinde taget af Spitzer, giver de Wit og hans kolleger masser af observationer for at gøre det muligt at detektere de utroligt små signaler, der kræves for at kortlægge en exoplanets temperaturfordeling.

Holdet behandlede dataene og fokuserede på det vindue, hvor planeten kom tættest på, passerer først foran og derefter bagved stjernen. I disse perioder, forskerne målte stjernens lysstyrke for at bestemme mængden af ​​energi, i form af varme, overført til planeten.

Hver gang planeten passerede bag stjernen, forskerne så noget uventet:I stedet for en flad linje, repræsenterer et kortvarigt fald, mens planeten er maskeret af sin stjerne, de observerede små pigge – svingninger i stjernens lys, med en periode på omkring 90 minutter, det var tilfældigvis nøjagtige multipla af planetens orbitale frekvens.

"Det var meget små signaler, " siger de Wit. "Det var som at opfange summen af ​​en myg, der passerede en jetmotor, begge kilometer væk."

Mange teorier, ét stort mysterium

Stjernepulseringer kan forekomme konstant, da en stjernes overflade naturligt koger og vender om. Men de små pulseringer, som de Wit og hans kolleger har opdaget, ser ud til at være i overensstemmelse med planetens kredsløb. Signalerne, de konkluderede, må ikke skyldes noget i selve stjernen, men til enten den cirkulerende planet eller en effekt i Spitzers instrumenter.

Forskerne udelukkede sidstnævnte efter at have modelleret alle de mulige instrumentelle effekter, såsom vibrationer, som kunne have påvirket målingerne, og fandt ud af, at ingen af ​​virkningerne kunne have frembragt de pulseringer, de observerede.

"Vi mener, at disse pulseringer skal induceres af planeten, hvilket er overraskende, " siger de Wit. "Vi har set dette i systemer med to roterende stjerner, der er supermassive, hvor det ene virkelig kan fordreje det andet, slip forvrængning, og den anden vibrerer. Men vi forventede ikke, at dette ville ske med en planet - selv en så massiv som denne."

"Dette er virkelig spændende, fordi hvis vores fortolkninger er korrekte, det fortæller os, at planeter kan have en betydelig indflydelse på fysiske fænomener, der opererer i deres værtsstjerner, " siger medforfatter Victoria Antoci, en postdoc ved Aarhus Universitet i Danmark. "Med andre ord, stjernen 'ved' om sin planet og reagerer på dens tilstedeværelse."

Holdet har nogle teorier om, hvordan planeten kan få sin stjerne til at pulsere. For eksempel, måske forstyrrer planetens forbigående tyngdekraft stjernen lige nok til at vippe den mod en selvpulserende fase. Der er stjerner, der naturligt pulserer, og måske skubber HAT-P-2b sin stjerne mod den tilstand, måden at tilføje salt til en kogende gryde med vand kan få det til at koge over. De Wit siger, at dette blot er en af ​​flere muligheder, men at komme til roden af ​​stjernernes pulseringer vil kræve meget mere arbejde.

"Det er et mysterium, men det er fantastisk, fordi det viser, at vores forståelse af, hvordan en planet påvirker sin stjerne, ikke er komplet, " siger de Wit. "Så vi bliver nødt til at komme videre og finde ud af, hvad der foregår der."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.