2011.05.17. - Bolygótársak okozhatják a forró jupiterek retrográd keringését

Egy új numerikus modellezés alapján a csillagukhoz közeli pályákon mozgó forró jupiterek között igen nagy arányban előforduló, a csillag forgásirányához képesti retrográd keringés oka bolygótársak gravitációs perturbáló hatása lehet.

Amikor beindulnak a belsejében az energiatermelő termonukleáris reakciók, a sugározni kezdő csillag körül ott van a szülőanyagának fel nem használt maradványa. Mind a csillag, mind a törmelék őriz valamennyit annak a kozmikus gáz- és porfelhőnek a perdületéből, amelyből létrejöttek, ezért a csillag forog, a maradvány pedig kering körülötte, ugyanabban az irányban. A perdület megmaradása miatt a törmelékből kondenzálódó bolygók is ebben az irányban fognak mozogni. Ezért meglepő, hogy a statisztikák szerint a csillagukhoz nagyon közeli pályákon rövid periódusidővel keringő ún. forró jupiterek közül minden negyedik a központi égitest tengelyfogási irányához képest visszafelé, retrográd irányban kering a csillag körül, ez pedig az előzőek alapján alapvetően sérti a csillagok és a körülöttük lévő bolygók kialakulásának mikéntjéről alkotott képünket. Kell tehát valamilyen folyamatnak léteznie, ami a már kialakult bolygókat egyrészt nagyon közel viszi a csillagukhoz, másrészt az impulzusnyomatékokat is úgy alakítja, hogy a bolygó keringési iránya az eredeti, "normális" irányhoz képest megforduljon. A problémára a Northwestern University Smadar Naoz által vezetett kutatócsoportjának numerikus szimulációkon alapuló válasza az, hogy a rendszer egy másik, a csillagtól nagyon távol keringő bolygójának gravitációs perturbáló hatása okozhatja a jelenséget, megváltoztatva a belső bolygó korábban kialakult pályáját.

Fantáziarajz egy, a csillagához nagyon közel, annak tengelyforgási irányához képest retrográd módon keringő forró jupiterről.
[Lynette Cook]

A szimulációkat a kutatók egy olyan hipotetikus bolygórendszerben végezték, melyben két, Jupiterhez hasonló bolygó kering egy Naphoz hasonló csillag körül, mégpedig a belső olyan távolságban, ahol az elképzelések szerint az óriásbolygók kialakulnak, a külső pedig egy ennél jóval távolabbi, szintén excentrikus pályán. A számítások során feltették, hogy a két planéta pályasíkja kezdetben viszonylag nagy szöget zár be egymással.

A futtatások eredményei azt mutatják, hogy a két bolygó közti, kezdetben gyenge gravitációs kölcsönhatás hosszú idő elteltével felerősödött, az árapály-erők miatt a belső bolygó pályaimpulzus-nyomatékot kezdett átadni a külsőnek. Az energia- és perdületvesztés miatt a belső planéta kisméretű, elnyúlt pályára állt, mégpedig úgy, hogy a folyamat során a pályasík átbillenése is bekövetkezhetett, azaz előállhatott a retrográd keringési irány. Az árapály-erők a csillaghoz immár közeli pálya elnyúltságát azonban gyorsan megszüntetik, a folyamat végeredményeként a bolygó kötött keringést fog végezni, azaz tengelyforgási és orbitális periódusa megegyezik. Naoz szerint az átbillenés a belső bolygó kaotikus pályafejlődésének egy rövid ideig tartó, nagyon nagy excentricitású periódusa után következik be. Az egész folyamat hossza a rendszer konfigurációjától (bolygótömegek, keringési idők) függ, de az átbillenés minden olyan rendszer esetében bekövetkezett, ahol a nagyon elnyúlt pálya rövid időre kialakult. Más esetekben ugyanakkor nem, így a kutatás egyik résztvevője, Frederic Rasio szerint modelljük a direkt és a retrográd irányban keringő forró jupiterekre is magyarázatot ad.

A számítások szerint tehát a rendkívül kisméretű pályák és a csillag forgásához képesti retrográd keringés egy hosszú dinamikai fejlődés eredménye, a bolygók közötti gravitációs kölcsönhatások hosszútávon alapvetően befolyásolhatják az exobolygó-rendszerek szerkezetét, felépítését. Rasio szerint ennek fényében különösen érdekes a saját Naprendszerünk (dinamikai) státusza, melyről azt gondoltuk, hogy tipikus, de az előzőek fényében mégis inkább egy speciális esetnek tekinthető.

Az eredményeket részletező szakcikk a Nature magazin 2011. május 12-i számában jelent meg.

Forrás:

• Astronomy Now Online 2011.05.11.