Fra en pressemelding fra Subaru-teleskopet og National Astronomical Observatory of Japan:
Et forskerteam ledet av astronomer fra University of Tokyo og National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) har oppdaget at skråbaner kan være typiske enn sjeldne for eksoplanetære systemer - de utenfor solsystemet vårt. Deres måling av vinklene mellom aksene i stjernens rotasjon (stjerners rotasjonsakse) og planetens bane (planetariske orbitalakse) til eksoplaneter HAT-P-11b og XO-4b viser at disse eksoplanetenes bane er sterkt vippet. Dette er første gang forskere har målt vinkelen for en liten planet som HAT-P-11 b. De nye funnene gir viktige observasjonsindikatorer for å teste forskjellige teoretiske modeller for hvordan banene til planetariske systemer har utviklet seg.
Siden oppdagelsen av den første eksoplaneten i 1995 har forskere identifisert mer enn 500 eksoplaneter, planeter utenfor solsystemet vårt, nesten alle er gigantiske planeter. De fleste av disse gigantiske eksoplaneter kretser tett rundt vertsstjernene, i motsetning til solsystemets gigantiske planeter, som Jupiter, som kretser rundt solen på avstand. Aksepterte teorier foreslår at disse gigantiske planetene opprinnelig ble dannet av rikelig planetdannende materiale langt fra vertsstjernene og deretter migrert til deres nåværende nære beliggenhet. Ulike migrasjonsprosesser er blitt foreslått for å forklare nærliggende gigantiske eksoplaneter.
Disk-planet-interaksjonsmodeller for migrasjon fokuserer på interaksjoner mellom planeten og dens protoplanetære disk, disken den opprinnelig ble dannet fra. Noen ganger resulterer disse samspillene mellom den protoplanetære disken og den dannende planeten i krefter som får planeten til å falle mot den sentrale stjernen. Denne modellen spår at stjernens spinakse og planetens akseakse vil være i samsvar med hverandre.
Planet-planet interaksjon modeller av migrasjon har fokusert på gjensidige spredning blant gigantiske planeter. Migrasjon kan skje fra spredning av planeten, når flere planeter sprer seg under opprettelsen av to eller flere gigantiske planeter i den protoplanetære disken. Mens noen av planetene sprer seg fra systemet, kan den innerste etablere en endelig bane veldig nær den sentrale stjernen. Et annet interaksjonsscenario mellom planet og planet, Kozai-migrasjon, postulerer at det langsiktige gravitasjonssamspillet mellom en indre gigantisk planet og et annet himmelobjekt som en følgesvennstjerne eller en ytre gigantisk planet over tid kan endre planetens bane og flytte en indre planet nærmere til den sentrale stjernen. Interaksjoner mellom planet-planet-migrasjon, inkludert spredning av planet-planet og Kozai-migrasjon, kan gi en skrå bane mellom planeten og den stjerneaksen.
Totalt sett fremkommer tilbøyeligheten til orbitalaksene til nærliggende planeter i forhold til vertsstjernes spin-akser som et veldig viktig observasjonsgrunnlag for å støtte eller tilbakevise migrasjonsmodeller som teoriene om orbital evolusjonssenteret ligger i. En forskergruppe ledet av astronomer fra University of Tokyo og NAOJ konsentrerte sine observasjoner med Subaru-teleskopet om å undersøke disse tilbøyelighetene for to systemer som er kjent for å ha planeter: HAT-P-11 og XO-4. Gruppen målte Rossiter-McLaughlin (heretter, RM) -effekten av systemene og fant bevis på at deres orbitale akser skråner relativt til rotasjonsaksene til vertsstjernene deres.
RM-effekten refererer til tilsynelatende uregelmessigheter i radialhastigheten eller hastigheten til et himmelobjekt i observatørens siktlinje under planetoverganger. I motsetning til spektrallinjene som generelt er symmetriske i mål for radial hastighet, avviker de med RM-effekten i et asymmetrisk mønster (se figur 1). En slik tilsynelatende variasjon i radial hastighet under en transitt avslører den sky-projiserte vinkelen mellom den stellare spinnaksen og planetariske orbitalaksen. Subaru Telescope har deltatt i tidligere funn av RM-effekten, som forskere har undersøkt for omtrent trettifem eksoplanetære systemer hittil.
I januar 2010 brukte et forskerteam ledet av det nåværende teamets astronomer fra University of Tokyo og National Astronomical Observatory of Japan Subaru Telescope for å observere planetarsystemet XO-4, som ligger 960 lysår unna Jorden i Lynx-regionen . Systemets planet er omtrent 1,3 ganger så massiv som Jupiter og har en sirkulær bane på 4,13 dager. Deres deteksjon av RM-effekten viste at orbitalaksen til planeten XO-4b tilter til rotasjonsaksen til vertsstjernen. Bare Subaru-teleskopet har målt RM-effekten for dette systemet så langt.
I mai og juli 2010 gjennomførte det nåværende forskerteamet målrettede observasjoner av HAT-P-11-eksoplanetære systemet, som ligger 130 lysår unna Jorden mot stjernebildet Cygnus. Den Neptune-store planeten HAT-P-11 b går i bane rundt sin vertsstjerne i en ikke-sirkulær (eksentrisk) bane på 4,89 dager og er blant de minste eksoplaneter som noen gang er oppdaget. Inntil denne forskningen hadde forskere bare oppdaget RM-effekten for gigantiske planeter. Deteksjonen av RM-effekten for planeter i mindre størrelse er utfordrende fordi signalet om RM-effekten er proporsjonal med størrelsen på planeten; jo mindre den transiterende planeten, desto svakere blir signalet.
; Teamet utnyttet den enorme lyssamlende kraften i Subaru Teleskopets 8,2 m speil, så vel som presisjonen til den høye spredningspektrografen. Observasjonene deres resulterte ikke bare i den første deteksjonen av RM-effekten for en mindre eksoplanett av Neptun-størrelse, men ga også bevis for at planets orbital akse vender mot den stellare spinnaksen med omtrent 103 grader på himmelen. En forskningsgruppe i USA brukte Keck-teleskopet og gjorde uavhengige observasjoner av RM-effekten av det samme systemet i mai og august 2010; resultatene var lik de fra observasjonene fra University of Tokyo / NAOJ-teamet i mai og juli 2010.
Det nåværende teamets observasjoner av RM-effekten for planetsystemene HAT-P-11 og XO-4 har vist at de har planetariske baner sterkt vippet til spinaksene til vertsstjernene. De siste observasjonsresultatene om disse systemene, inkludert de som er oppnådd uavhengig av funnene som er rapportert her, antyder at slike sterkt tilbøyelige planetbaner ofte kan eksistere i universet. Planet-planet-scenariet med migrasjon, enten det er forårsaket av planet-planet-spredning eller Kozai-migrasjon, snarere enn planet-disk-scenariet, kan forklare deres migrasjon til de nåværende stedene.
Imidlertid kan målinger av RM-effekten for individuelle systemer ikke avgjøre forskjellig mellom migrasjonsscenariene. Statistisk analyse kan hjelpe forskere med å bestemme hvilken migrasjonsprosess som er ansvarlig for de sterkt skråstillende banene til gigantiske planeter. Siden forskjellige migrasjonsmodeller forutsier forskjellige fordelinger av vinkelen mellom stjerneaksen og planetarisk bane, gjør det å utvikle en stor prøve av RM-effekten forskere i stand til å støtte den mest sannsynlige migrasjonsprosessen. Inkludering av målingene av RM-effekten for en så liten planet som HAT-P-11b i prøven vil spille en viktig rolle i diskusjonene om planetariske migrasjonsscenarier.
Mange forskningsgrupper planlegger å gjøre observasjoner av RM-effekten med teleskoper rundt om i verden. Det nåværende teamet og Subaru-teleskopet vil spille en integrert rolle i etterforskningene som kommer. Kontinuerlige observasjoner av transiterende eksoplanetære systemer vil bidra til en forståelse av dannelses- og migrasjonshistorien til planetariske systemer i nær fremtid.
