Óriásbolygó egy fiatal csillag körüli porkorongban

1710

A szakemberek között egyetértés mutatkozik abban a kérdésben, hogy a bolygók fiatal csillagok körüli porkorongokban alakulnak ki, a folyamat részletei azonban még nem tisztázottak. Szintén kérdéses a bolygókeletkezés időskálája is, ezért egy porkorongba ágyazódó fiatal csillag körüli bolygó detektálása mindenképpen figyelemre méltó esemény. Ez történt most a közeli, körülbelül 8-10 millió évesre becsült TW Hydrae esetében, melynek sokat tanulmányozott protoplanetáris korongjában egy 10 jupitertömegű bolygót mutattak ki 0,04 csillagászati egységre központi
csillagától, a csillag és porgyűrű közötti üres részben. Az óriás planéta keringési ideje mindössze 3,56 nap. A ma ismert körülbelül 270 exobolygó közül ez az első, amelyik ilyen fiatal csillag körül kering, s léte megerősítheti azt a közeli infravörös és a milliméteres hullámhosszakon végzett észleléseken alapuló feltételezést, hogy a bolygók a csillaguk születése utáni 10 millió éven belül kialakulnak, mielőtt a létrejöttükhöz szükséges port és gázt a csillagszél és a
sugárnyomás kifújná a csillagközi térbe.

Fantáziarajz a TW Hydrae rendszeréről a porkoronggal és a belső, kisöpört zónában keringő óriásbolygóval.
[Johny Setiawan]

Az exobolygók detektálásának legeredményesebb módszere a központi csillag jól megválasztott színképvonalainak periodikus Doppler-eltolódásából származtatott ún. radiálissebesség-görbe elemzése, melyből az egyébként láthatatlan kísérő legfontosabb
paraméterei (keringési ideje, pályájának mérete, tömegének alsó határa) megbecsülhetők. Ez a módszer azonban főleg a Naphoz hasonló, kevéssé aktív csillagukhoz nagyon közeli pályán keringő óriásbolygók esetében hatásos, ezért a nagy, radiális sebességek maghatározását célzó felmérésekből eddig a fiatal, általában jelentős aktivitást mutató csillagokat kizárták. A legfiatalabb csillag, amely körül ilyen módszerrel eddig bolygót detektáltak, 100 millió éves.

A Johny Setiawan (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg) vezette kutatócsoport az ESO La Silla-i obszervatóriumában üzemelő 2,2 méteres teleszkópra szerelt FEROS (Fibre-fed Extended Range Optical Spectrograph) száloptikás echelle spektrográfot használta a sebességgörbéket eredményező nagyfelbontású színképek elkészítéséhez. A megfigyelésekből kizárták azon színképvonalak környezetét, melyekben a fiatal csillag nagy aktivitást mutat. Ilyenek például az ionizált kalcium H és K vonala, a hidrogén Hβ és Hα vonala, valamint a semleges hélium és nátrium vonalai. Az eredményül kapott radiálissebesség-görbék periódusanalízise a 3,56 napos periódusnál jelzett egy szignifikáns csúcsot. Ezt a jelet egy ilyen keringési idejű bolygókísérőn kívül okozhatják még csillagfoltok, de akár a csillag nemradiális pulzációja is. Az első esetben a színképvonalak periodikus eltolódása minden vonal esetében kimutatható, s a vonalak alakját nem befolyásolja, míg az utóbbi két lehetőségnél a vonalak profilja is változik, befolyásolva ezzel a radiális sebességek mérését is. A csoport eredményei szerint a TW Hydrae esetében a 3,56 napos változás majdnem szinuszos, s a sebességek nem korrelálnak a fényesség,
illetve a csillagaktivitás egyéb nyomjelzőinek változásaival, így legvalószínűbb magyarázat a kísérő jelenléte. Tömegének alsó határa 1,2 jupitertömeg, de ha figyelembe veszik azt a korábbról, például a Hubble Űrteleszkóp méréseiből ismert tényt, hogy a porkorongra majdnem merőlegesen látunk rá (i ≈ 7°), akkor tömegére 9,8 jupitertömeg adódik, igaz meglehetősen nagy, 3,3 jupitertömeg bizonytalansággal.

Az elméletek szerint a bolygók a csillagok körüli por- és
gázkorongokban alakulnak ki mikrométer nagyságú porszemcsék ütközései révén. Ezen folyamat során a mikroszkópikus részekből először a bolygómagok jönnek létre, melyek – elegendően nagy tömeget elérve – nemcsak magukhoz vonzzák a gázt a korongból (akkréció), s ezzel ki is söprik a protoplanetáris diszk körülöttük lévő részét, de a tömegváltozás miatt sugárirányban befelé is mozognak (migráció). Az óriásbolygók kialakulásának egy másik lehetséges módja a korongban létező gravitációs instabilitások körüli kondenzáció. A jelenlegi modellek megengedik a TW Hydrae b-hez hasonló nagytömegű bolygók létrejöttét, de nem világos, hogy ehhez elegendő-e az első típusú keletkezési folyamat, vagy a korongbeli gravitációs instabilitások is szükségesek hozzá. A TW Hydrae kísérője valószínűleg a korong külsőbb részén keletkezett a csillagtól 1-4 csillagászati egység távolságra, majd elkezdett befelé vándorolni, miközben a korong belső régiójában jelentős mennyiségű gázt vonzott magához. A befelé irányuló mozgás akkor állhatott le, amikor a korong optikailag vékony részét elhagyva átlépte a csillag körüli belső gázmentes zóna körülbelül 0,06 csillagászati egységre lévő határát. Ezen zóna kialakulásának egyik lehetséges oka a csillag mágneses tere.

A TW Hydrae rendszerének sematikus rajza. Az új bolygó a csillagtól 0,04 csillagászati egységre egy kisöpört részen belül kering. Ezen kívül helyezkedik el a porkorong, melynek belső része vékonyabb, külső része pedig vastagabb.
[Setiawan és társai]

A TW Hydrae rendszere direkt kapcsolatot teremthet a porkorongok fejlődési és a bolygók kialakulási mechanizmusai között, illetve ideális alanya lehet a bolygómagok kialakulását, a migrációt és az akkréciót modellező numerikus szimulációknak.

Az eredményeket részletező szakcikk a Nature c. folyóirat 2008. január 3-i számában jelent meg.

Forrás: Nature, Volume 451, p. 38

Hozzászólás

hozzászólás