2013.12.06. - Egysíkúak a csillagok és korongjaik

A Herschel infravörös űrtávcső mérései alapján a fiatal csillagok körüli porkorongok nem billennek ki: a rendszerek valószínűleg laposan keletkeznek, az egyes bolygók keringési síkja pedig csak ezután ferdül el.

A Naprendszer meglehetősen lapos: a nagybolygók keringési síkjai és a Nap egyenlítője mind nagyjából egybeesnek. A kis égitestek többsége sem tér el nagyon ettől a közös síktól. Ez pontosan az az elrendezés, amit a keletkezési modellek jósolnak. Eszerint a Naprendszer egy forgó csillagközi felhőből alakult ki, amelyben az anyag a forgástengelyre merőleges, protoplanetáris korongba rendeződött: a korong közepén létrejött a Nap, a külső tartományokból pedig a bolygók és egyéb égitestek.

Egy gázból és porból álló protoplanetáris korong a HD 115617 jelű fiatal csillag körül, a Herschel-űrtávcső felvételén.
[Greaves és mtsai]

Éppen ezért volt nagy meglepetés, amikor kiderült, hogy számos bolygó nagyon nagy pályahajlással kering csillaga körül, akár merőlegesen is annak egyenlítőjére. Valaminek ki kellett billentenie a csillag forgását és a bolygó keringését a közös síkból. De hogy mi lehetett, az még nem teljesen világos. A négy valószínű hipotézis a következő: (1) A csillag körül keringő bolygók szorosan megközelítették egymást a múltban és kibillentették egymás pályasíkját. (2) A Kozai-mechanizmus: egy távolabb keringő, nagyobb bolygó gravitációja hatására a belső égitest pályája lassan billeg ide-oda, időszakosan nagy pályahajlást eredményezve. (3) A csillag maga billenhet el még fiatal korában, a mágneses tere és a protoplanetáris korong közti kölcsönhatások eredményeként. (4) Vagy maga a csillag körüli korong ferdült el, amikor egy másik korongos csillag túl közel haladt el hozzá.

A bolygók pályahajlásának meghatározási módszere. A forgó csillag kék- és vöröseltolódott feléből is kitakar a fedés alatt az áthaladó bolygó, ilyenkor a másik félteke hangsúlyosabb lesz és két hupli rakódik a radiálissebesség-mérésekre. A jelenség elnevezése Rossiter-McLaughlin-effektus.
[Subaru Telescope, National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ)]

Ha sikerülne távolabbi bolygók pályahajlását is megmérni, akkor a lehetőségek leszűkülnének. Amennyiben a protoplanetáris korong vagy a csillag billent el egymástól, akkor mindegyik bolygó hasonló eltérést mutatna. Viszont ha a bolygók közti perturbáció az ok, akkor egymástól is eltérnének azok keringési síkjai. Sajnos ennek a megfigyelése még problémákba ütközik. Jelenleg ugyanis csak fedési exobolygók pályahajlását lehetséges megmérni. Ahogy a bolygó áthalad a csillag előtt, a csillag éppen Föld felé, illetve attól elforduló féltekéjét is kitakarja. A kitakarások megfigyelésével megállapítható, hogy hogyan forog a csillag a bolygó keringéséhez képest. A módszer hátránya, hogy a távolabbi bolygókat sokkal nehezebb kimutatni, és eltérő pályahajlás mellett valószínűleg a másiktól egyáltalán nem is látunk fedéseket.

Jane Greaves (University of St. Andrews) és kollégái a bolygók helyett a protoplanetáris korongokat vették célba. 11 olyan csillagot választottak ki, amelyek körül a Herschel-űrtávcső képes volt felbontani a korong képét, és maguknak a csillagoknak is viszonylag pontosan meg lehetett határozni a forgástengely dőlésszögét. A csillagoknál a spektroszkópiai méréseket vetették össze modellszámításokkal, asztroszeizmológiai, vagy éppen interferometrikus eredményekkel a szög kiszámításához. A korong dőlésszögét úgy határozták meg, hogy feltételezték, a korongok kör alakúak és a lapultságuk csak a ferde rálátásból adódik. A két szög különbsége pedig megadta, hogy a csillag és a korong mennyire forognak ferdén egymáshoz képest.

A csillag egyenlítője és a korong síkja közti eltérések a földi rálátás szögének függvényében. A két szaggatott vonal a 10 fok eltérést mutatja, a különbségek ebben a nagyságrendben találhatóak.
[Greaves és mtsai]

Kiderült, hogy mind a tizenegy csillagnál lényegében az egyenlítő síkjában keringenek a korongok, az eltérések a tíz fokos tartományban lehetnek. Az eredmények alapján úgy tűnik, hogy a csillagok vagy a csillagok körüli korongok nem hajlamosak elbillenni egymástól. A ferdén, akár merőlegesen keringő bolygók valószínűleg csak később jönnek létre, a Kozai-mechanizmus vagy a bolygók kölcsönös, szoros megközelítése által. Ez azt is jelenti, hogy a kibillent rendszerek egyedileg fejlődnek, a bolygók távolságainak és méreteinek megfelelően. A pontos okok kimutatása, például egy távolabbi, a belső bolygót rángató másik égitest felfedezése viszont jóval több munkát fog igényelni.

Az eredményeket részletező szakcikk a Monthly Notices of the Royal Society c. folyóiratban fog megjelenni.

Forrás:

• Astrobites 2013.11.04.