Astronomii raportează astăzi descoperirea unui sistem planetar cu mult înclinat, în care orbitele a două planete sunt la un unghi abrupt una față de cealaltă. Această descoperire surprinzătoare va avea un impact asupra teoriilor privind modul în care evoluează sistemele multiplanetare și arată că unele evenimente violente pot avea loc pentru a perturba orbitele planetelor după formarea unui sistem planetar, spun cercetătorii.
„Descoperirile înseamnă că studiile viitoare ale sistemelor exoplanetare vor fi mai complicate. Astronomii nu mai pot presupune că toate planetele orbitează steaua mamă într-un singur plan”, spune Barbara McArthur de la Observatorul McDonald de la Universitatea Texas din Austin.
McArthur și echipa sa au folosit date de la telescopul spațial Hubble, de la uriașul telescop Hobby-Eberly și de la alte telescoape terestre, combinate cu o modelare extensivă pentru a scoate la iveală o avalanșă de informații despre sistemul planetar din jurul stelei Upsilon Andromedae din apropiere.
McArthur a prezentat aceste descoperiri într-o conferință de presă astăzi, în cadrul celei de-a 216-a întâlniri a Societății Astronomice Americane din Miami, împreună cu colaboratorul său Fritz Benedict, tot de la Observatorul McDonald, și cu Rory Barnes, membru al echipei, de la Universitatea din Washington. Lucrarea va fi, de asemenea, publicată în ediția din 1 iunie a revistei Astrophysical Journal.
De puțin peste un deceniu, astronomii știu că trei planete de tip Jupiter orbitează în jurul stelei alb-gălbui Upsilon Andromedae. Asemănătoare Soarelui nostru în ceea ce privește proprietățile sale, Upsilon Andromedae se află la o distanță de aproximativ 44 de ani-lumină. Este puțin mai tânără, mai masivă și mai strălucitoare decât Soarele.
Combinând tipuri de date fundamental diferite, dar complementare, de laHubble și de la telescoapele de la sol, echipa lui McArthur a determinat masele exacte a două dintre cele trei planete cunoscute, Upsilon Andromedae c și d. Mult mai surprinzătoare, însă, este constatarea lor că nu toate planetele orbitează în jurul acestei stele în același plan. Orbitele planetelor c și d sunt înclinate cu 30 de grade una față de cealaltă. Această cercetare marchează prima dată când a fost măsurată „înclinarea reciprocă” a două planete care orbitează o altă stea. Și, echipa a descoperit indicii că o a patra planetă, e, orbitează în jurul stelei mult mai departe.

„Cel mai probabil, Upsilon Andromedae a avut același proces de formare ca și sistemul nostru solar, deși ar fi putut exista diferențe în formarea târzie care au generat această evoluție divergentă”, a spus McArthur. „Până acum, ipoteza evoluției planetare a fost că sistemele planetare se formează în disc și rămân relativ coplanare, ca și sistemul nostru, dar acum am măsurat un unghi semnificativ între aceste planete, ceea ce indică faptul că acest lucru nu este întotdeauna cazul.”
Până acum, înțelepciunea convențională a fost că un nor mare de gaz se prăbușește pentru a forma o stea, iar planetele sunt un produs secundar natural al materialului rămas care formează un disc. În sistemul nostru solar, există urme ale acestui eveniment de creare, deoarece toate cele opt planete majore orbitează aproape în același plan. Cele mai îndepărtate planete pitice, cum ar fi Plutoare, au orbite înclinate, dar acestea au fost modificate de gravitația lui Neptun și nu sunt înglobate adânc în câmpul gravitațional al Soarelui.
Câteva scenarii gravitaționale diferite ar putea fi responsabile pentru orbitele surprinzător de înclinate din Upsilon Andromedae. „Printre posibilități se numără interacțiunile care apar din migrarea spre interior a planetelor, ejectarea altor planete din sistem prin împrăștierea planetă-planetă sau întreruperea dinspre steaua binară însoțitoare a stelei-mamă, Upsilon Andromedae B”, a declarat McArthur.
Barnes, expert în dinamica sistemelor planetare extrasolare, a adăugat: „Analiza noastră dinamică arată că orbitele înclinate au rezultat probabil din ejectarea unui membru original al sistemului planetar. Cu toate acestea, nu știm dacă companionul stelar îndepărtat a forțat această ejecție sau dacă sistemul planetar însuși s-a format în așa fel încât unele planete originale au fost ejectate. Mai mult decât atât, am constatat că configurația revizuită se află încă chiar pe marginea prăpastiei instabilității:Planetele trag una de cealaltă atât de puternic încât sunt aproape capabile să se arunce reciproc în afara sistemului.”
Cele două tipuri diferite de date combinate în această cercetare au fostastrometria de la telescopul spațial Hubble și viteza radială de la telescoapele de la sol.
Astrometria este măsurarea pozițiilor și mișcărilor corpurilor cerești. Grupul lui McArthur a folosit pentru această sarcină unul dintre senzorii de ghidare fină (FGS) de pe telescopul Hubble. FGS-urile sunt atât de precise încât pot măsura lățimea unui sfert de dolar în Denver din punctul de vedere al orașului Miami. Această precizie a fost cea care a fost folosită pentru a urmări mișcarea stelei pe cer cauzată de planetele care o înconjoară – și care nu se văd.
Viteza radială face măsurători ale mișcării stelei pe cer spre și dinspre Pământ. Aceste măsurători au fost efectuate pe o perioadă de 14 ani folosind telescoape terestre, inclusiv două la McDonaldObservatory și altele la Lick, Haute-Provence și WhippleObservatories. Viteza radială oferă o linie de bază îndelungată a observațiilor de sondă, ceea ce a permis ca observațiile Hubble, de durată mai scurtă, dar mai precise și mai complete, să definească mai bine mișcările orbitale.
Faptul că echipa a determinat înclinațiile orbitale ale planetelor și d le-a permis să calculeze masele exacte ale celor două planete. Aceste noi informații ne-au spus că părerea noastră cu privire la care planetă este mai grea trebuie să fie schimbată. Masele minime anterioare ale planetelor, date de studiile de viteză radială, estimau masa minimă a planetei c la 2 Jupiteri și a planetei d la 4 Jupiteri. Noile mase exacte, descoperite prin astrometrie, sunt de 14 jupiteri pentru planeta c și 10 jupiteri pentru planeta d.
„Datele Hubble arată că viteza radială nu reprezintă întreaga poveste”, a spus Benedict. „Faptul că planetele și-au inversat de fapt masa a fost foarte drăguț.”
Cei 14 ani de informații despre viteza radială compilate de echipăau descoperit indicii că o a patra planetă, cu o perioadă lungă, ar putea orbita dincolo de cele trei cunoscute acum. Există doar indicii despre acea planetă deoarece este atât de departe încât semnalul pe care îl creează nu dezvăluie încă curbura unei orbite. O altă piesă care lipsește din puzzle este înclinația celei mai mici planete, b, ceea ce ar necesita o astrometrie de precizie de 1.000 de ori mai mare decât cea a lui Hubble, un obiectiv care poate fi atins de o misiune spațială optimizată pentru interferometrie.
Datele Hubble ale echipei au confirmat, de asemenea, statutul de stea abinară al lui Upsilon Andromedae. Steaua însoțitoare este o pitică roșie mai puțin masivă și mult mai slabă decât Soarele.
„Nu avem nici o idee despre orbita sa”, a spus Benedict. „Ar putea fi foarte excentrică. Poate că se apropie foarte mult din când în când. S-ar putea să dureze 10.000 de ani”. O astfel de trecere apropiată a stelei secundare ar putea perturba gravitațional orbitele planetelor.
.