Uit een persbericht van de Subaru-telescoop en de National Astronomical Observatory of Japan:
Een onderzoeksteam onder leiding van astronomen van de Universiteit van Tokio en de National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) heeft ontdekt dat hellende banen eerder typisch dan zeldzaam zijn voor exoplanetaire systemen - die buiten ons zonnestelsel. Hun metingen van de hoeken tussen de assen van de rotatie van de ster (stellaire rotatieas) en de baan van de planeet (planetaire orbitale as) van exoplaneten HAT-P-11b en XO-4b laten zien dat de banen van deze exoplaneten sterk gekanteld zijn. Het is voor het eerst dat wetenschappers de hoek voor een kleine planeet als HAT-P-11 b hebben gemeten. De nieuwe bevindingen bieden belangrijke observatie-indicatoren voor het testen van verschillende theoretische modellen van hoe de banen van planetaire systemen zijn geëvolueerd.
Sinds de ontdekking van de eerste exoplanet in 1995 hebben wetenschappers meer dan 500 exoplaneten geïdentificeerd, planeten buiten ons zonnestelsel, die bijna allemaal reuzenplaneten zijn. De meeste van deze gigantische exoplaneten draaien dicht om hun gaststerren, in tegenstelling tot de gigantische planeten van ons zonnestelsel, zoals Jupiter, die op een afstand om de zon draaien. Geaccepteerde theorieën stellen dat deze gigantische planeten oorspronkelijk zijn gevormd uit overvloedige planeetvormende materialen ver van hun gaststerren en vervolgens zijn gemigreerd naar hun huidige nabije locaties. Er zijn verschillende migratieprocessen voorgesteld om close-in gigantische exoplaneten te verklaren.
Schijf-planeet interactiemodellen van migratie richten zich op interacties tussen de planeet en zijn protoplanetaire schijf, de schijf waaruit deze oorspronkelijk is ontstaan. Soms resulteren deze interacties tussen de protoplanetaire schijf en de vormende planeet in krachten waardoor de planeet naar de centrale ster valt. Dit model voorspelt dat de spin-as van de ster en de orbitale as van de planeet op één lijn met elkaar zullen staan.
Planet-planet interactiemodellen van migratie zijn gericht op wederzijdse verstrooiing tussen gigantische planeten. Migratie kan plaatsvinden door verstrooiing van de planeet, wanneer meerdere planeten zich verspreiden tijdens het creëren van twee of meer reuzenplaneten binnen de protoplanetaire schijf. Terwijl sommige van de planeten zich uit het systeem verspreiden, kan de binnenste een laatste baan maken, heel dicht bij de centrale ster. Een ander interactiescenario tussen planeet en planeet, Kozai-migratie, veronderstelt dat de langdurige zwaartekrachtinteractie tussen een innerlijke gigantische planeet en een ander hemellichaam zoals een metgezelster of een buitenste gigantische planeet in de loop van de tijd de baan van de planeet kan veranderen en een binnenplaneet dichterbij kan brengen naar de centrale ster. Interactie tussen planeetplaneetmigratie, inclusief verstrooiing van planeetplaneet en Kozai-migratie, zou een hellende baan tussen de planeet en de stellaire as kunnen veroorzaken.
Over het algemeen komt de helling van de orbitale assen van nabije planeten ten opzichte van de spinassen van de gaststerren naar voren als een zeer belangrijke observatiebasis voor het ondersteunen of weerleggen van migratiemodellen waarop theorieën van het orbitale evolutiecentrum centreren. Een onderzoeksgroep onder leiding van astronomen van de Universiteit van Tokio en NAOJ concentreerde hun waarnemingen met de Subaru-telescoop op het onderzoeken van deze neigingen voor twee systemen waarvan bekend is dat ze planeten hebben: HAT-P-11 en XO-4. De groep mat het Rossiter-McLaughlin (hierna, RM) effect van de systemen en vond bewijs dat hun orbitale assen ten opzichte van de spinassen van hun gaststerren hellen.
Het RM-effect verwijst naar zichtbare onregelmatigheden in de radiale snelheid of snelheid van een hemellichaam in de gezichtslijn van de waarnemer tijdens planetaire transits. In tegenstelling tot de spectraallijnen die over het algemeen symmetrisch zijn in maten van radiale snelheid, wijken die met het RM-effect af in een asymmetrisch patroon (zie figuur 1). Een dergelijke schijnbare variatie in radiale snelheid tijdens een doorgang onthult de door de lucht geprojecteerde hoek tussen de stellaire spin-as en de planetaire orbitale as. Subaru Telescope heeft deelgenomen aan eerdere ontdekkingen van het RM-effect, dat wetenschappers tot nu toe hebben onderzocht voor ongeveer vijfendertig exoplanetaire systemen.
In januari 2010 gebruikte een onderzoeksteam onder leiding van de astronomen van het huidige team van de Universiteit van Tokio en de National Astronomical Observatory of Japan de Subaru-telescoop om het planetaire systeem XO-4 te observeren, dat 960 lichtjaar verwijderd is van de aarde in de Lynx-regio . De planeet van het systeem is ongeveer 1,3 keer zo groot als Jupiter en heeft een cirkelvormige baan van 4,13 dagen. Hun detectie van het RM-effect toonde aan dat de orbitale as van de planeet XO-4 b naar de spin-as van de gastster kantelt. Alleen de Subaru-telescoop heeft tot nu toe het RM-effect voor dit systeem gemeten.
In mei en juli 2010 voerde het huidige onderzoeksteam gerichte waarnemingen uit van het exoplanetaire systeem HAT-P-11, dat 130 lichtjaar verwijderd is van de aarde in de richting van het sterrenbeeld Cygnus. De planeet HAT-P-11 b van Neptunus draait om zijn gastster in een niet-cirkelvormige (excentrische) baan van 4,89 dagen en behoort tot de kleinste exoplaneten ooit ontdekt. Tot dit onderzoek hadden wetenschappers alleen het RM-effect voor reuzenplaneten ontdekt. De detectie van het RM-effect voor kleinere planeten is een uitdaging omdat het signaal van het RM-effect evenredig is met de grootte van de planeet; hoe kleiner de doorgaande planeet, hoe zwakker het signaal.
; Het team profiteerde van de enorme lichtopvangende kracht van de Subaru-telescoop met een spiegel van 8,2 m en de precisie van de High Dispersion Spectrograph. Hun waarnemingen resulteerden niet alleen in de eerste detectie van het RM-effect voor een kleinere exoplaneet van Neptunusformaat, maar leverden ook bewijs dat de orbitale as van de planeet ongeveer 103 graden in de lucht naar de stellaire spin-as helt. Een onderzoeksgroep in de Verenigde Staten gebruikte de Keck-telescoop en maakte in mei en augustus 2010 onafhankelijke waarnemingen van het RM-effect van hetzelfde systeem; hun resultaten waren vergelijkbaar met die van de waarnemingen van de Universiteit van Tokyo / NAOJ in mei en juli 2010.
De waarnemingen van het huidige team van het RM-effect voor de planetaire systemen HAT-P-11 en XO-4 hebben aangetoond dat ze planetaire banen hebben die sterk gekanteld zijn naar de draaiassen van hun gaststerren. De recentste observatieresultaten over deze systemen, inclusief die verkregen onafhankelijk van de hier gerapporteerde bevindingen, suggereren dat zulke sterk hellende planetaire banen vaak in het universum kunnen voorkomen. Het scenario van migratie van planeet naar planeet, of dit nu wordt veroorzaakt door verstrooiing van planeetplaneet of Kozai-migratie, in plaats van het scenario van planeetschijf zou de migratie naar de huidige locaties kunnen verklaren.
Metingen van het RM-effect voor individuele systemen kunnen echter geen doorslaggevend onderscheid maken tussen de migratiescenario's. Statistische analyse kan wetenschappers helpen bepalen welk migratieproces verantwoordelijk is voor de sterk hellende banen van gigantische planeten. Aangezien verschillende migratiemodellen verschillende verdelingen van de hoek tussen de stellaire as en de planetaire baan voorspellen, kunnen wetenschappers door het ontwikkelen van een groot monster van het RM-effect het meest plausibele migratieproces ondersteunen. Opname van de metingen van het RM-effect voor zo'n kleine planeet als HAT-P-11 b in de steekproef zal een belangrijke rol spelen in discussies over planetaire migratiescenario's.
Veel onderzoeksgroepen zijn van plan om met telescopen over de hele wereld waarnemingen te doen van het RM-effect. Het huidige team en de Subaru-telescoop zullen een integrale rol spelen in de toekomstige onderzoeken. Voortdurende observaties van transiterende exoplanetaire systemen zullen in de nabije toekomst bijdragen tot een beter begrip van de vorming en migratiehistorie van planetaire systemen.
