Astronomové dnes informují o objevu planetární soustavy mimo sklon, kde dráhy dvou planet svírají navzájem strmý úhel. Toto překvapivé zjištění ovlivní teorie o tom, jak se vyvíjejí víceplanetární systémy, a ukazuje, že některé násilné události mohou narušit oběžné dráhy planet poté, co se planetární systém zformuje, říkají vědci.
„Zjištění znamená, že budoucí studium exoplanetárních systémů bude složitější. Astronomové již nemohou předpokládat, že všechny planety obíhají kolem své mateřské hvězdy v jedné rovině,“ říká Barbara McArthurová z McDonaldovy observatoře Texaské univerzity v Austinu.
McArthurová a její tým použili data z Hubbleova vesmírného dalekohledu, obřího Hobby-Eberlyho teleskopu a dalších pozemních teleskopů v kombinaci s rozsáhlým modelováním, aby objevili lavinu informací o planetárním systému obklopujícím blízkou hvězdu Upsilon Andromedae.
McArthur o těchto zjištěních informoval na dnešní tiskové konferenci na 216. zasedání Americké astronomické společnosti v Miami spolu se svým spolupracovníkem Fritzem Benedictem, rovněž z McDonaldovy observatoře, a členem týmu Rorym Barnesem z Washingtonské univerzity. Práce bude rovněž publikována 1. června v časopise Astrophysical Journal.
Již něco přes deset let astronomové vědí, že kolem žlutobílé hvězdy Upsilon Andromedae obíhají tři planety typu Jupiter. Hvězda Upsilon Andromedae, která je svými vlastnostmi podobná našemu Slunci, leží ve vzdálenosti asi 44 světelných let. Je o něco mladší, hmotnější a jasnější než Slunce.
Kombinace zásadně odlišných, ale vzájemně se doplňujících typů dat zHubblova a pozemních teleskopů umožnila McArthurovu týmu určit přesné hmotnosti dvou ze tří známých planet, Upsilon Andromedae c a d. Mnohem překvapivější je však zjištění, že ne všechny planety obíhají kolem této hvězdy ve stejné rovině. Oběžné dráhy planet c a d jsou vůči sobě skloněny o 30 stupňů. Tento výzkum je prvním případem, kdy byl změřen „vzájemný sklon“ dvou planet obíhajících kolem jiné hvězdy. Tým také odhalil náznaky, že čtvrtá planeta, e, obíhá kolem hvězdy mnohem dále.
„S největší pravděpodobností měl Upsilon Andromedae stejný proces formování jako naše sluneční soustava, i když v pozdním formování mohly existovat rozdíly, které tento odlišný vývoj podnítily,“ řekl McArthur. „Dosavadní předpoklad vývoje planet byl, že planetární systémy se formují v disku a zůstávají relativně rovnoběžné jako naše soustava, ale nyní jsme naměřili významný úhel mezi těmito planetami, který naznačuje, že tomu tak vždy není.“

Dosud platilo, že velký oblak plynu se zhroutí a vytvoří hvězdu a planety jsou přirozeným vedlejším produktem zbytkového materiálu, který tvoří disk. V naší sluneční soustavě jsou pozůstatky této události vzniku, protože všech osm hlavních planet obíhá téměř ve stejné rovině. Nejvzdálenější trpasličí planety, jako je Pluto, mají nakloněné dráhy, ale ty byly modifikovány gravitací Neptunu a nejsou usazeny hluboko v gravitačním poli Slunce.
Překvapivě nakloněné dráhy v Upsilon Andromedae mohou být způsobeny několika různými gravitačními scénáři. „Mezi možnosti patří interakce vznikající při migraci planet směrem dovnitř, vymrštění dalších planet ze systému prostřednictvím rozptylu planeta-planeta nebo narušení od binárního průvodce mateřské hvězdy Upsilon Andromedae B,“ řekl McArthur.
Barnes, odborník na dynamiku extrasolárních planetárních systémů, dodal: „Naše dynamická analýza ukazuje, že skloněné dráhy jsou pravděpodobně důsledkem vymrštění původního člena planetárního systému. Nevíme však, zda si toto vymrštění vynutil vzdálený hvězdný společník, nebo zda se planetární systém sám zformoval tak, že některé původní planety byly vymrštěny. Kromě toho jsme zjistili, že viděná konfigurace stále leží přímo v propasti nestability:planety se navzájem přitahují tak silně, že jsou téměř schopny se vzájemně vyvrhnout ze soustavy.“
Dva různé typy dat kombinovaných v tomto výzkumu bylyastrometrie z Hubbleova vesmírného dalekohledu a radiální rychlosti z pozemních teleskopů.
Astrometrie je měření poloh a pohybů nebeských těles. McArthurova skupina použila k tomuto úkolu jeden z jemných orientačních senzorů (FGS) na Hubbleově teleskopu. Senzory FGS jsou tak přesné, že dokážízměřit šířku čtvrtinky v Denveru z pozorovacího stanoviště v Miami. Právě tato přesnost byla použita ke sledování pohybu hvězdy na obloze způsobeného okolními – a neviditelnými – planetami.
Radiální rychlost umožňuje měřit pohyb hvězdy na obloze směrem k Zemi a od Země. Tato měření byla prováděna po dobu 14 let pomocí pozemních dalekohledů, včetně dvou na McDonaldově observatoři a dalších na Lickově, Haute-Provence a Whippleově observatoři. Radiální rychlost poskytuje dlouhou základní linii pozorování hvězd, což umožnilo kratší, ale přesnější a úplnější Hubbleova pozorování, která lépe určila orbitální pohyby.
To, že tým určil orbitální sklony planet ca d, mu umožnilo vypočítat přesné hmotnosti obou planet. Tyto nové informace nám napověděly, že náš názor na to, která planeta je těžší, je třeba změnit. Předchozí minimální hmotnosti planet udávané na základě studií radiálních rychlostí stanovovaly minimální hmotnost planety c na 2 Jupitery a planety d na 4 Jupitery. Nové, přesné hmotnosti zjištěné astrometrií jsou 14 Jupiterů pro planetu c a 10 Jupiterů pro planetu d.
„Hubbleova data ukazují, že radiální rychlost není celým příběhem,“ řekl Benedict. „Skutečnost, že se planety skutečně převrátily v hmotnosti, byla opravdu roztomilá.“
Ze 14 let shromažďovaných informací o radiálních rychlostech týmobjevil náznaky, že čtvrtá, dlouhoperiodická planeta může obíhat mimo tři nyní známé. O této planetě existují pouze náznaky, protože je tak daleko, že signál, který vytváří, ještě neodhaluje zakřivení dráhy. Dalším chybějícím kouskem skládačky je sklon nejvzdálenější planety, b, což by vyžadovalo tisíckrát větší přesnost astrometrie než Hubbleova, což je cíl dosažitelný kosmickou misí optimalizovanou pro interferometrii.
Data Hubbleova týmu také potvrdila, že Upsilon Andromedae je abinární hvězda. Doprovodnou hvězdou je červený trpaslík, který je méně hmotný a mnohem slabší než Slunce.
„Nemáme žádnou představu o tom, jaká je jeho dráha,“ řekl Benedict. „Mohla by být velmi excentrická. Možná se jednou za čas přiblíží velmi blízko. Může to trvat 10 000 let.“ Takový blízký průlet sekundární hvězdy by mohlgravitačně narušit dráhy planet.
.