Наклонные орбиты распространены в экзопланетных системах
Группа исследователей под руководством астрономов из Университета Токио и Национальной астрономической обсерватории Японии обнаружила, что наклонные орбиты могут быть распространены в экзопланетных системах. Измерения угла между осью вращения звезды и осью обращения планеты у этой звезды для экзопланет HAT-P-11b и XO-4b показали, что орбиты этих экзопланет сильно наклонены. Впервые проведены измерения угла наклона орбиты для столь маленькой экзопланеты, как HAT-P-11b. Новые результаты дают важные экспериментальные показатели для проверки различных теоретических моделей эволюции орбит планетных систем.
С момента открытия первой экзопланеты в 1995 году ученые обнаружили более 500 экзопланет, почти все из этого числа – планеты-гиганты. Большинство этих планет-гигантов расположено на близких к своим звездам орбитах, в отличие от планет-гигантов Солнечной системы. Принятые теории предполагают, что эти планеты-гиганты первоначально сформировались вдалеке от своей звезды, в областях богатых формирующими планеты материалами, а после мигрировали на их текущие [близкие к своим звездам] орбиты. Для объяснения «близких» планет-гигантов были предложены различные [варианты] процессов миграции.
Модели диск - планетного взаимодействия в процессах миграции фокусируют [внимание] на взаимодействии между планетой и ее протопланетным диском. Иногда взаимодействие между протопланетным диском и формирующейся планетой приводят к силам, перемещающим орбиту планеты ближе к звезде. Согласно этой модели, ось вращения звезды и ось обращения планеты будут лежать на одной прямой.
Модели планет - планетного взаимодействия в процессах миграции фокусируют [внимание] на взаимном отбрасывании планет-гигантов. Миграция может происходить в результате отброса планеты, который происходит при появлении двух или более планет-гигантов в протопланетном диске. Хотя некоторые планеты выбрасываются из системы, внутренняя планета в итоге может оказаться на очень близкой к своей звезде орбите. Другой сценарий планет - планетного взаимодействия [механизм Козаи] утверждает, что длительное гравитационное взаимодействие между внутренней планетой-гигантом и другим небесным телом, например, компаньоном звезды или внешней планетой-гигантом, со временем может изменить орбиту [внутренней] планеты, переместив ее ближе к звезде. Оба этих планет - планетных механизма взаимодействия могут приводить к формированию наклонных орбит.
Наклон оси обращения внутренней планеты по отношению к оси вращения звезды выступает в качестве очень важного экспериментального основания для поддержки или опровержения моделей миграции, на которые опираются теории эволюции орбит. Группа исследователей под руководством астрономов Университета Токио и Национальной астрономической обсерватории Японии, работающая на телескопе Субару [Subaru Telescope], сосредоточила свои наблюдения на исследовании данного наклона для двух звездных систем: HAT-P-11 и XO-4. Исследователи измерили эффект Росситера – Маклафлина [Rossiter-McLaughlin, далее RM эффект] для наблюдаемых систем и обнаружили, что оси обращения [планет] наклонены по отношению к осям вращения звезд этих систем.
RM эффект связан с вариацией лучевой скорости [звезд] во время транзита планеты. Лучевая скорость определяется с помощью эффекта Доплера по спектру небесного тела. При транзите планеты по наклонной орбите диаграмма вариации лучевой скорости имеет характерную асимметрию [смотри рисунок], которая позволяет определить угол наклона оси обращения планеты к оси вращения звезды. Телескоп Субару участвовал в предыдущих исследованиях по RM эффекту, в которых проведены наблюдения около 35-ти экзопланетных систем.
В январе 2010 года команда исследователей под руководством астрономов текущей группы из Университета Токио и Национальной астрономической обсерватории Японии использовала телескоп Субару для наблюдения планетной системы XO-4, расположенной в 960-ти световых годах от Солнечной системы в созвездии Рыси [Lynx]. Планета XO-4 b приблизительно в 1,3 раза массивней Юпитера и делает оборот вокруг звезды за 4,13 дня. Измерение RM эффекта для этой системы показало, что ось обращения планеты XO-4 b наклонена по отношению к оси вращения звезды. До сих пор оценки RM эффекта для этой системы проведены только телескопом Субару.
В мае и июле 2010 года текущая группа исследователей провела плановые наблюдения экзопланетной системы HAT-P-11, которая лежит на расстоянии 130-ти световых лет от Солнечной системы в созвездии Лебедя [Cygnus]. HAT-P-11 b – это планета размером с Нептун, которая обращается вокруг своей звезды по некруговой [эксцентрической] орбите за 4,89 дня и является одной из самых маленьких экзопланет из числа обнаруженных. До этого исследования учеными был определен RM эффект лишь для планет-гигантов. Обнаружение RM эффекта для планет меньшего размера является проблемой, так как чем меньше планета, тем слабее выражен эффект.
Исследователи использовали огромную светособирающую силу 8,2 – метрового телескопа Субару в сочетании с высокодисперсным спектрографом. Их наблюдения не только подтвердили обнаружение RM эффекта для небольшой, размером с Нептун, планеты, но также показали, что ось обращения планеты наклонена относительно оси вращения звезды приблизительно на 103 градуса. В мае и августе 2010 года группа исследователей из США провела независимые наблюдения этой планетной системы, используя телескоп Кек, и показала аналогичные результаты.
Наблюдения нынешней команды RM эффекта для планетных систем HAT-P-11 и XO-4 показали, что орбиты планет в них сильно наклонены к оси вращения своих звезд. Последние результаты наблюдений этих систем, в том числе независимые от исследования японских ученых, показывают, что подобные высоконаклонные планетарные орбиты могут быть распространены во Вселенной. Сценарии планет – планетной миграции [будь то планет – планетный отброс или миграция Козаи] могут отвечать за миграцию планет на их текущие орбиты в большей степени, чем сценарии диск – планетного взаимодействия.
Тем не менее, измерения RM эффекта для отдельных систем не может явно выделить один из сценариев миграции. Статистический анализ может помочь в определении процессов миграции, ответственных за высоконаклонные орбиты планет-гигантов. Различные модели миграции предсказывают различные распределения углов между осями вращения звезд и осями обращениях их планет, увеличение выборки RM эффекта позволит ученым выявить наиболее правдоподобный сценарий миграции. Включение в выборку данных по RM эффекту столь маленькой планеты, как HAT-P-11 b, будет играть важную роль в прениях по сценарию планетарной миграции.
