Tengelyferdeség magyarázhatja az exobolygók szokatlan pályáit

2922

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 Kepler-küldetés által felfedezett néhány bolygórendszer. Forrás: NASA

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.

A képen látható Uránusz tengelyét egy régi ütközés billentette ki. Ha közelebb keringene a Naphoz, a csillagunk árapály-ereje visszabillentené a bolygó forgástengelyét. Forrás: NASA / ESA / M. Showalter

„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

 

Hozzászólás

hozzászólás