Første måling af spin-orbit alignment på planeten Beta Pictoris b

Astronomer har foretaget den første måling af spin-orbit justering for en fjern 'super-Jupiter' planet, demonstrere en teknik, der kunne muliggøre gennembrud i søgen efter at forstå, hvordan exoplanetære systemer dannes og udviklede sig.

Et internationalt hold af forskere, ledet af professor Stefan Kraus fra University of Exeter, har udført målingerne for exoplaneten Beta Pictoris b - beliggende 63 lysår fra Jorden.

Planeten, fundet i Pictor-stjernebilledet, har en masse på omkring 11 gange Jupiters masse og kredser om en ung stjerne på en lignende bane som Saturn i vores solsystem.

Studiet, offentliggjort i dag (29. juni 2020) i Astrofysiske tidsskriftsbreve , markerer første gang, at forskere har målt spin-orbit-justeringen for et direkte afbildet planetsystem.

Afgørende, resultaterne giver et nyt indblik i at forbedre vores forståelse af dannelseshistorien og udviklingen af ​​planetsystemet.

Professor Kraus sagde:"Hvordan en stjerne og en planetarisk bane er på linje med hinanden, fortæller os meget om, hvordan en planet blev dannet, og om flere planeter i systemet interagerede dynamisk efter deres dannelse."

Nogle af de tidligste teorier om planetdannelsesprocessen blev foreslået af fremtrædende astronomer fra det 18. århundrede Kant og Laplace. De bemærkede, at kredsløbene for solsystemets planeter er på linje med hinanden, og med solens spinakse, og konkluderede, at solsystemet blev dannet af en roterende og fladtrykt protoplanetarisk skive.

"Det var en stor overraskelse, da det blev fundet, at mere end en tredjedel af alle tætte exoplaneter kredser om deres værtsstjerne på baner, der er forkert justeret i forhold til stjernens ækvator." sagde prof. Kraus.

"Nogle få exoplaneter viste sig endda at kredse i den modsatte retning end stjernens rotationsretning. Disse observationer udfordrer opfattelsen af ​​planetdannelse som en pæn og velordnet proces, der finder sted i en geometrisk tynd og koplanar skive."

Til studiet, forskerne udtænkte en innovativ metode, der måler den lille rumlige forskydning på mindre end en milliardtedel af en grad, der er forårsaget af Beta Pictoris' rotation.

Holdet brugte GRAVITY-instrumentet på VLTI, som kombinerer lyset fra teleskoper adskilt 140 meter fra hinanden, at udføre målingerne. De fandt ud af, at stjernens rotationsakse er på linje med baneakserne for planeten Beta Pictoris b og dens forlængede affaldsskive.

"Gasabsorption i stjerneatmosfæren forårsager en lille rumlig forskydning i spektrallinjer, der kan bruges til at bestemme orienteringen af ​​stjernens rotationsakse." sagde Dr. Jean-Baptiste LeBouquin, en astronom ved universitetet i Grenoble i Frankrig og medlem af holdet.

"Udfordringen er, at denne rumlige forskydning er ekstremt lille:omkring 1/100 af stjernens tilsyneladende diameter, eller hvad der svarer til størrelsen af ​​et menneskeligt fodtrin på månen set fra Jorden."

Resultaterne viser, at Beta Pictoris-systemet er lige så godt tilpasset som vores eget solsystem. Dette fund favoriserer spredning af planeter som årsagen til de kredsløbsskråninger, der observeres i mere eksotiske systemer med Hot Jupiters.

Imidlertid, observationer på et stort udvalg af planetsystemer vil være påkrævet for at besvare dette spørgsmål endegyldigt. Holdet foreslår et nyt interferometrisk instrument, der vil give dem mulighed for at opnå disse målinger på mange flere planetsystemer, der er ved at blive opdaget.

"Et dedikeret instrument med høj spektral opløsning ved VLTI kunne måle spin-orbit-justeringen for hundredvis af planeter, inklusive dem på langtidsbaner." sagde prof. Kraus, "Dette vil hjælpe os med at besvare spørgsmålet, hvilke dynamiske processer der former arkitekturen af ​​planetsystemer."