A csillagászok ma egy olyan bolygórendszer felfedezéséről számolnak be, amely messze el van dőlve, ahol két bolygó pályája meredek szöget zár be egymással. Ez a meglepő felfedezés hatással lesz a többbolygós rendszerek kialakulásának elméletére, és azt mutatja, hogy bizonyos erőszakos események megzavarhatják a bolygók pályáját egy bolygórendszer kialakulása után, mondják a kutatók.
“Az eredmények azt jelentik, hogy az exobolygórendszerek jövőbeli tanulmányozása bonyolultabb lesz. A csillagászok többé nem feltételezhetik, hogy minden bolygó egyetlen síkban kering a szülőcsillag körül” – mondja Barbara McArthur, az austini Texasi Egyetem McDonald Obszervatóriumának munkatársa.
McArthur és csapata a Hubble Űrteleszkóp, az óriási Hobby-Eberly Teleszkóp és más földi távcsövek adatait használta fel, és kiterjedt modellezéssel együtt rengeteg információt tárt fel a közeli Upsilon Andromedae csillagot körülvevő bolygórendszerről.
McArthur ma sajtótájékoztatón számolt be ezekről az eredményekről az Amerikai Csillagászati Társaság 216. ülésén, Miamiban, munkatársával, Fritz Benedict-tel, aki szintén a McDonald Obszervatóriumban dolgozik, és Rory Barnes-szal, a Washingtoni Egyetem munkatársával együtt. A munkát az Astrophysical Journal június 1-jei számában is közzéteszik.
Alig több mint egy évtizede tudják a csillagászok, hogy három Jupiter típusú bolygó kering az Upsilon Andromedae sárga-fehér csillag körül. Az Upsilon Andromedae a mi Napunkhoz hasonló tulajdonságokkal rendelkezik, de mintegy 44 fényévre van tőlünk. Kicsit fiatalabb, nagyobb tömegű és fényesebb, mint a Nap.
A Hubble és a földi távcsövek alapvetően különböző, de egymást kiegészítő adattípusainak kombinálásával McArthur csapata meghatározta a három ismert bolygó közül kettő, az Upsilon Andromedae c és d pontos tömegét. Sokkal megdöbbentőbb azonban az a megállapításuk, hogy nem minden bolygó kering ugyanabban a síkban e csillag körül. A c és d bolygók pályája 30 fokkal dől el egymáshoz képest. Ez a kutatás az első alkalom, hogy két másik csillag körül keringő bolygó “kölcsönös dőlésszögét” megmérték. És a kutatócsoport arra utaló jeleket fedezett fel, hogy egy negyedik bolygó, az e, sokkal távolabb kering a csillag körül.
“Valószínűleg az Upsilon Andromedae kialakulásának folyamata megegyezik a mi Naprendszerünkével, bár a késői kialakulásban lehettek különbségek, amelyek megalapozták ezt az eltérő fejlődést” – mondta McArthur. “A bolygók fejlődésének eddigi előfeltevése az volt, hogy a bolygórendszerek a korongban alakulnak ki, és viszonylag egysíkúak maradnak, mint a saját rendszerünk, de most jelentős szöget mértünk e bolygók között, ami azt jelzi, hogy ez nem mindig van így.”

Eleddig a hagyományos bölcsesség szerint egy nagy gázfelhő lezuhan, hogy csillagot alkosson, és a bolygók a korongot alkotó maradék anyag természetes melléktermékei. A mi Naprendszerünkben van nyoma ennek a keletkezési eseménynek, mert mind a nyolc nagy bolygó majdnem ugyanabban a síkban kering. A legkülső törpebolygók, mint a Pluto, ferde pályán keringenek, de ezeket a Neptunusz gravitációja módosította, és nem a Nap gravitációs mezejének mélyén helyezkednek el.
Ezekért a meglepően ferde pályákért az Upsilon Andromedae-ben több különböző gravitációs forgatókönyv is felelős lehet. “A lehetőségek közé tartoznak a bolygók befelé vándorlásából eredő kölcsönhatások, más bolygók kilökődése a rendszerből bolygó-bolygó szóródás révén, vagy az anyacsillag kettős kísérőcsillagának, az Upsilon Andromedae B-nek a szétesése” – mondta McArthur.
Barnes, az extrasoláris bolygórendszerek dinamikájának szakértője hozzátette: “A dinamikai elemzésünk azt mutatja, hogy a ferde pályák valószínűleg a bolygórendszer egy eredeti tagjának kilökődéséből erednek. Azt azonban nem tudjuk, hogy a távoli csillag kísérője kényszerítette-e ki ezt a kilökődést, vagy maga a bolygórendszer alakult ki úgy, hogy néhány eredeti bolygó kilökődött. Ráadásul úgy találjuk, hogy a kialakult konfiguráció még mindig az instabilitás szakadékán áll: a bolygók olyan erősen húzzák egymást, hogy majdnem képesek kilökni egymást a rendszerből.”
A kutatásban kombinált két különböző típusú adat a Hubble-űrtávcsőből származó asztrometria és a földi távcsövekből származó radiális sebesség.
Az asztrometria az égitestek helyzetének és mozgásának mérése. McArthur csoportja a Hubble-teleszkóp egyik finomirányító érzékelőjét (FGS) használta a feladathoz. Az FGS-ek olyan pontosak, hogy egy negyeddolláros szélességét is meg tudják mérni Denverben a Miami kilátópontról. Ezt a pontosságot használták fel arra, hogy nyomon kövessék a csillag mozgását az égbolton, amelyet a környező – és láthatatlan – bolygók okoznak.
A radiális sebesség méréseket végez a csillag mozgásáról az égbolton a Föld felé és a Földtől távolodva. Ezeket a méréseket 14 éven keresztül végezték földi távcsövekkel, köztük kettővel a McDonaldObszervatóriumban és másokkal a Lick, Haute-Provence és Whipple Obszervatóriumokban. A radiális sebesség hosszú alapvonalat biztosít a keringési megfigyelésekhez, ami lehetővé tette, hogy a rövidebb ideig tartó, de pontosabb és teljesebb Hubble-megfigyelésekkel jobban meghatározzák a pályamozgásokat.
A tény, hogy a kutatócsoport meghatározta a cand d bolygók pályahajlását, lehetővé tette számukra a két bolygó pontos tömegének kiszámítását. Az új információk azt mondták, hogy meg kell változtatni a nézeteinket arról, hogy melyik bolygó a nehezebb. A radiálissebesség-vizsgálatok által a bolygókra megadott korábbi minimális tömegek a c bolygó minimális tömegét 2 Jupiterre, a d bolygóét pedig 4 Jupiterre becsülték. Az asztrometriával megállapított új, pontos tömegek a c bolygó esetében 14 Jupiter, a d bolygó esetében 10 Jupiter.
“A Hubble adatai azt mutatják, hogy a radiális sebesség nem a teljes történet” – mondta Benedict. “Az a tény, hogy a bolygók tömege valóban megfordult, igazán aranyos volt.”
A csapat által összeállított 14 éves radiális sebességadatok arra utalnak, hogy a most ismert három bolygón túl egy negyedik, hosszú periódusú bolygó is keringhet. Erről a bolygóról csak utalások vannak, mert olyan messze van, hogy az általa keltett jel még nem mutatja a pálya görbületét. A kirakós másik hiányzó darabja a legbelső bolygó, a b dőlésszöge, amihez a Hubble-éhoz képest 1000-szer nagyobb pontosságú asztrometriára lenne szükség, ami egy interferometriára optimalizált űrmisszióval elérhető cél.
A csapat Hubble-adatai megerősítették az Upsilon Andromedae abinárius csillag státuszát is. A kísérőcsillag egy vörös törpe, amely kisebb tömegű és sokkal halványabb, mint a Nap.
“Fogalmunk sincs, hogy milyen pályán kering” – mondta Benedict. “Lehet, hogy nagyon excentrikus. Lehet, hogy időnként nagyon közel jön. Talán 10.000 évig is eltarthat.” A másodlagos csillag ilyen közeli elhaladása gravitációsan megzavarhatná a bolygók pályáját.