Korábban
hírt adtunk a Kepler-mező KOI-13 jelű rendszeréről, amelyben egy
forró, gyorsan forgó és két naptömegű csillaghoz közel kering egy nagy
méretű bolygójelölt. Mára kiderült, hogy a csillag és a kísérő
kölcsönösen bonyolult mozgásokra kényszerítik egymást, ennek
eredményeképpen elképesztően egzotikus dinamika alakul ki, amely
akár bizonyos táncmozdulatokra is emlékeztethet. A rendszerrel
kapcsolatos eredmények dömpingjét jelzi, hogy 2011. október
18-19. között 24 óra leforgása alatt egyszerre négy cikk jelent
meg a rendszerről az arXiv.org csillagászati preprint szerverén. Jason
Barnes (Idahoi Egyetem, USA), Avi Shporer (Santa Barbara-i Egyetem,
USA) és Tsevi Mazeh (Wise Obszervatórium, Izrael) kutatócsoportjai
mellett a Szabó M. Gyula által vezetett magyar kutatókból álló
kollektíva (MTA CSFK Csillagászati Intézetének és az SZTE
munkatársainak részvételével) publikálták előzetes
eredményeiket egyszerre e jeles napon (azóta a cikkeket hivatalosan
is elfogadták a szaklapok).
Három kutatócsoport jelezte, hogy ha
a Kepler-adatokból a bolygó keringésével összefüggő összes
jelet (a bolygó árapály-ellipticitása a csillagon, a csillag
Doppler-nyalábolása és a visszavert fény) levonjuk a rendszer
fényváltozásából, egy újabb, 25,4 órás periódus jelenik meg.
Ez a periódus a bolygó keringési periódusának pontosan 3/5-öd
része! A jelenséget Shporer és Mazeh a csillag pulzációjának
tulajdonították, amelyet a bolygó keringése gerjeszt rezonáns
módusban. A magyar kutatók csoportja ezzel szemben amellett érvelt,
hogy a 25,4 órás periódust a csillag forgása okozza – nem utolsó
sorban azért gondoltak erre, mert a csillag adatai alapján 3,5 óra
pontossággal pont ilyen forgási periódust vártunk; ezen kívül a
keringési hatásoktól megtisztított spektrum jellege is inkább
forgásra utal.
Fent: a KOI-13
fényváltozása a kísérő keringési periódusa szerint. A
mellékminimumot 0,5 fázisnál látjuk (a tranzit "méterekkel"
lóg ki lefelé az ábrából 0 és 1,0 fázisnál). Középen: a csillagból
származó 25,4 óra periódusú jel, amelyet a csillagaktivitás és
a csillag forgása okozhat. Lent: a tranzit időpontok folyamatos
növekedése fél év megfigyelési adataiban.
Ez az értelmezés ahhoz a
következtetéshez vezet, hogy a csillag forgása és a bolygó
keringése összehangolódott, és pontos rezonanciába került
egymással. A folyamat dinamikáját ma még egyáltalán nem értjük,
azonban azóta újabb érvek támasztották alá e megfigyelést!
2011 november-decembere során további Kepler-bolygókról derült
ki, hogy a csillag forgása és a bolygó keringése rezonanciában
áll egymással, és az efféle rezonancia bizonyos
bolygó-konfigurációkra jellemzőnek tűnik.
A kísérő
keringése a KOI-13 rendszerben. A sugarak és a pályaméretek a
valóságos arányokat tükrözik, a szög-paraméterek esetében
Barnes és mtsai (2011) modelljét használtuk. A nyíl a kísérő
helyzetét mutatja a csillag középpontjából szemlélve. Figyeljük
meg a rezonáns keringést, továbbá, hogy amikor a kísérő nagy
szélességeken kering, rövid ideig kváziszinkron keringés
következik be (a nyíl "beleragad" a forgó csillag
koordinátahálójába) – ez a folyamat talán szerepet játszik a
rezonanciák kialakításában.
Ezen kívül a magyar kutatócsoport
azt is észrevette, hogy az egymást követő átvonulások hossza
tranzitról-tranzitra növekszik egy kis mértékben. Az egymást
követő események nagyságrendileg 0,002%-kal hosszabbak, ez az
effektus fél év Kepler-mérésből még éppen kimutatható. A
kutatók a jelenség logikus magyarázatát is megtalálták, ennek
oka az, hogy a csillag forgása miatt a kísérő pályasíkja a
térben lassan elfordul. Ez a pályaprecesszió kissé hasonlít a
Merkúr perihélium-vándorlására a Nap forgása miatt, azonban a
KOI-13 esetében a csillag forgástengelyéhez jelentős szögben
hajló pálya térbeli forgását kell elképzelnünk. A pálya
folyamatos forgása miatt 100 év múlva a KOI-13 már nem lesz
tranzitos rendszer. A másik különbség, hogy a pálya forgása
erősen visszahat a csillagra is. A KOI-13 kísérőjében benne van
a rendszer teljes perdületének nagyságrendileg fele, és a teljes
perdületvektort a megmaradási törvények miatt a kialakuló mozgás
szükségképpen megőrzi; tehát ha a pálya forog, a csillag is
forogni kezd. Vagyis a kísérő pályája elfordul a csillag
forgása miatt, a csillag forgástengelye viszont elfordul a kísérő
pályájának elfordulása miatt! Mindez a 3:5 forgási-keringési
rezonancia mellett egy valóban komplex mozgást alakít ki.
A csillag és
a pálya precessziója a földi észlelő rálátásának megfelelő
szögből szemlélve. (Az animációkat Szabó M.Gy. készítette.)
Az eddig publikáltakon túl újabb
eredmény is várható a közeljövőben, a Kepler-adatok
újrakalibrásála után ugyanis gyors, periodikus
tranzitidőpont-eltolódásokat lehet detektálni, mintegy 2 perces
félamplitúdóval, amelynek a magyarázata még szintén várat
magára.
A magyar kutatók munkáját az MTA Lendület Fiatal Kutatói Program mellett az OTKA K76816, MB08C 81013 és K83790, illetve ESA PECS 98073 pályázatok támogatták.
Forrás: Szabó M.Gy. és mtsai, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters, közlésre elfogadva
