2014.05.15. - Mindössze nyolc óra egy nap a β Pictoris bolygóján

A β Pictoris b gázóriás gyorsabban forog, mint bármelyik naprendszerbéli bolygó, mindössze nyolc óra alatt eltelik egyetlen napja. A méréshez felhasznált technika pedig a jövőben az exobolygók térképezéséhez is elvezethet.

A Naprendszer bolygói forognak a tengelyük körül, méghozzá - a Merkúrtól és a Vénusztól eltekintve - nagyjából azonos ütemben, fél-egy napos periódussal. Feltételezhető tehát, hogy a csillagukhoz nem túl közeli exobolygók, amelyeket az árapályerők nem kényszerítettek még kötött keringésre, is hasonlóan viselkednek. Kimutatni mindezt viszont komoly kihívást jelent.

Az ESO VLT távcsövei segítségével most először sikerült ténylegesen kimérni egy Naprendszeren kívüli bolygó forgását. A β Pictoris csillag körüli gázóriás mindössze nyolc óra alatt megfordul a tengelye körül, ez gyorsabb, mint bármelyik ismert bolygóé. A β Pictoris b tömege is nagy (4-11 jupitertömeg közötti), így az eredmény illeszkedik a Naprendszerben látott összefüggésbe, miszerint minél nagyobb egy bolygó, annál gyorsabban forog.

A bolygók tömegével a forgásuk is gyorsul, ebbe a sorba illeszkedik a mostani mérés is.
[Ignas Snellen, Leiden Observatory]

A β Pictoris a déli égbolton található Festőállvány csillagkép második legfényesebb csillaga, tőlünk 63 fényévre. A bolygóját 2008-ban fedezték fel közvetlen fényképfelvétellel, mindössze kilencszeres Nap-Föld távolságra a csillagtól, ez kevesebb, mint a Nap-Szaturnusz távolság. A β Pictoris egyben a legszorosabb csillag-bolygó pár, amit sikerült felbontani eddig.

A bolygó forgását a színképéből sikerült megmérni. A legnagyobb kihívás ebben, hogy a csillag fénye a felvett színképekben is sokkal erőteljesebb, mint a bolygóról érkező, kevéske fény járuléka. A holland kutatókból álló csoport a VLT CRIRES spektrográfját használva sikeresen elkülönítette a bolygó spektrumát a közeli infravörös tartományban, és ki tudta mérni a szén-monoxid molekula által létrehozott színképvonal tulajdonságait. Azt találták, hogy a vonal eltolódott a kék szín irányába, vagyis a bolygó éppen felénk halad a pályáján, 15 km/s-os sebességgel. De azt is sikerült kimutatniuk, hogy a vonal szokatlanul széles. Ha egy bolygó forog, az egyik féltekéje közeledik felénk, a másik viszont elfordul tőlünk, vagyis a fényének egy része kék, a másik pedig a vörös irányban eltolódik, és ezt összeadódva látjuk: ez a Doppler-kiszélesedés jelensége.

A β Pictoris rendszere. A fiatal csillagot még törmelékkorong veszi körül. A bolygó fényes pont a kitakart csillag mellett, a kör pedig a Szaturnusz pályájának méretét jelzi.
[ESO/A.M. Lagrange]

A bolygó egyenlítői forgási sebessége szédítően gyors, 25 km/s, ez több, mint ötvenszerese a Föld egyenlítőjén mértnek, de a Jupiterének is kétszerese. Megbecsülve a bolygó sugarát, a forgási periódus ebből körülbelül 8 órának adódik. A kutatócsoport egyik tagja, Remco de Kock szerint még nem tudjuk, hogy egyes bolygók miért forognak gyorsan, mások pedig lassan, de az első exobolygó adata illeszkedik a Naprendszerben tapasztaltakhoz, miszerint a nagyobb égitestek gyorsabban forognak. Ez feltehetően a bolygókeletkezési folyamatok általános következménye. A β Pictoris b a Földhöz képest még igen fiatal, mindössze 20 millió éves. Ahogy öregszik, tovább fog hűlni és összehúzódni, ez pedig tovább gyorsítja majd a forgását.

A Doppler-kiszélesedés mérése azonban nem csak a bolygókeletkezés szempontjából úttörő eredmény. Innen már csak egy lépés ugyanis a Doppler-leképezés, vagyis a felszín nagy vonalakban történő feltérképezése. Ahogy egy-egy nagyobb fényes vagy sötét folt áthalad a féltekén, a hozzá tartozó színkép-darab is áthalad a kék- és vöröseltolódott részeken. Kellően sok megfigyeléssel a színképvonalak változásaiból rekonstruálható a felszín képe is. Ezzel a technikával legutóbb például egy barna törpe felszínét sikerült feltérképezni. A következő évtizedre pedig, az óriási E-ELT (European Extremely Large Telescope) elkészültével várhatóan számos közeli gázóriás felszínét is képesek leszünk megismerni.

Az eredményeket részletező szakcikk a Nature magazinban jelent meg.

Forrás:

• phys.org 2014.04.30.