Egy új elmélet szerint az exobolygók jelentős része az oldalára dőlt. Ha ez igaz, akkor egy régi rejtély oldódhat meg.
Sarah Milholland és Gregory Laughlin, a Yale Egyetem munkatársai 2019. március 4-én a Nature Astronomy folyóiratban tették közzé feltevésüket. A furcsa ötlet egy régi rejtélyt oldhat meg, amit a NASA exobolygó-vadász Kepler űrtávcsöve fedett fel.
A bolygók a csillagukat körülvevő gáz- és porkorongból alakulnak ki, pályájuk pedig folyamatosan változik, ahogy hatnak egymásra és a korongra. Az egymáshoz közeli bolygók esetén a legstabilabb pályák között úgynevezett rezonancia áll fenn: a bolygók keringési időinek aránya kis egész számok hányadosával írható le. A csillagtól távolabb eső bolygó például két keringést végez a központi égitest körül, míg ugyanannyi idő alatt egy másik, közelebbi hármat. Zenére átfordítva ez így hangzik:
„Ha az összes lehetséges bolygókonfigurációt egy elvont energia-tájképként képzeljük el, a rezonáns elrendezések a mély völgyeket képviselik.” – magyarázza Daniel Tamayo, a Princeton Egyetem munkatársa, aki nem vett részt a kutatásban. „Ha egy elefántcsonttoronyban élő elméleti bolygókutatót kérdeznénk, azt mondaná, hogy a gázkoronggal való kölcsönhatások miatt bolygópályák csak ezekben a völgyekben, a rezonáns konfigurációkban találhatók.”
A Kepler-űrtávcső adatai szerint azonban vannak bolygók, amelyekre nem ezek a rezonáns elrendezések jellemzők. Az űreszköz jó néhány olyan kompakt, többszörös bolygórendszert talált, ahol a bolygók kevesebb mint száz nap alatt kerülik meg a csillagukat. Ezeknek meglepően nagy hányadában a bolygók nem a rezonáns pályákat foglalják el. Például a közelebbi bolygó 3,2-szer kerüli meg a csillagot, míg a távolabbi párja kétszer.
„Ez nagyon furcsa.” – mondja Tamayo. „Miért vannak ilyen távol a rezonanciapályáktól?”
A válasz az lehet, hogy valami kitolja a bolygókat a rezonanciából, ez azonban nem megy egykönnyen. Korábban úgy gondoltuk, hogy maguk a bolygók okozzák a disszonanciát, de hogy miképpen, az rejtély maradt. Millholland és Laughlin most talált egy magyarázatot: az exobolygók forgástengelyének ferdesége lehet a ludas.
Ha egy bolygó tengelye kibillen, a csillaga idővel visszahúzza azt a helyére. A Hold és a Föld helyzete is hasonló módon rendeződött nem sokkal a kialakulásuk után. A Föld árapály-ereje egy dudort húzott a Hold egyenlítőjére. A dudorra a kisebb távolság miatt erősebben hatott a Föld tömegvonzása, mint a Hold többi részére, a húzóerő fokozatosan lelassította a Hold forgását, és annak periódusidejét a Föld körüli keringéséhez igazította. A folyamat során a Hold forgási energiájának egy része keringési energiává alakult, és ezáltal távolabbra került a Földtől. Az óceánok árapály-jelenségének köszönhetően, amit a Hold okoz, égi kísérőnk még most is lassan, nagyon-nagyon lassan távolodik tőlünk, a Föld forgása pedig lassul.
Hasonló folyamat zajlik le a bedőlt tengelyű bolygók esetében: ahogy a csillaguk árapály-ereje igyekszik egyenesbe billenteni a tengelyüket, lassan távolodnak tőle. Ne feledjük azonban, hogy a bolygók mozgásán nehéz változtatni. Ahhoz, hogy eltávolodjanak a rezonanciapályától, megfelelően hosszú ideig bedőlve kell maradniuk; a csillag tömegvonzása csak hosszú idő alatt tud a pályájukon változtatni.
Millholland és Laughlin elmélete szerint e bolygók forgása precesszáló mozgás, olyan, mint egy imbolygó búgócsigáé. (A Föld is hasonló precesszáló mozgást végez, forgástengelyének iránya változik, ezért nem volt és nem lesz mindig északi irányban a Sarkcsillag.) Eközben a bolygók keringési síkja is billeghet, ahogy a bolygók vándorolnak a csillag körüli korongban. A kutatók úgy gondolják, hogy ha a precessziónak és a keringési sík billegésének frekvenciája megfelelő módon aránylik egymáshoz, akkor az együttes hatás következtében a bolygó tengelye megbillenhet, és elég sokáig úgy is maradhat ahhoz, hogy a csillag árapály-ereje kihúzza az égitestet a rezonanciapályáról.
„Ha ez az elmélet helytálló, akkor ez egy gyönyörű kozmikus véletlen.” – mondja Tamayo. A bolygók precessziójának és a pályasík ingadozásának semmi köze egymáshoz, semmi sem segíti elő azt, hogy a frekvenciák egymáshoz igazodjanak.
Bár furcsa a jóslat, de legalább ellenőrizhető: ha ezek a bolygók erősen bedőltek, annak meg kell mutatkoznia abban, ahogy a csillaguk körül keringve infravörösben változik a fényességük. A legextrémebb esetben, ha a bolygó teljesen az oldalára dőlt, mint például az Uránusz, akkor a nappal és az éjszaka fél-fél évig tart egy adott féltekéjén. A Spitzer űrtávcső vagy a jövőben üzembe állítandó James Webb-űrtávcső (James Webb Space Telescope) segítségével észrevehetjük a jellegzetes mintázatokat az infravörös fénygörbékben.
„Úgy gondolom, hogy ez fantasztikus elmélet.” – mondja Tamayo. A tartósan bedőlt tengelyű exobolygók elmélete megmagyarázza, mi okozza a keringési energiák nagy mértékű disszipációját és ezáltal a rezonanciapályáktól való eltávolodást. „Ez azt jelenti, hogy a több bolygót magába foglaló rendszerekben a bolygók többsége az oldalára dőlt.”
Az még nem egyértelmű, hogy az elmélet mennyire általánosítható az exobolygókra, magyarázta Millholland. „Azt hiszem, azt nyugodtan mondhatjuk, hogy a nagy tengelyferdeségek gyakoriak, de további vizsgálatok szükségesek, hogy megtudjuk, mennyire.”
Forrás: Tilted Exoplanets Could Explain Odd Orbits, Sky & Telescope
