Sociologický průzkum: jsou dráhy horkých Jupiterů nahodilé?

Horký Jupiter a jeho mateřská hvězda v představách malíře. Credit: NASA/JPL-Caltech
Horký Jupiter a jeho mateřská hvězda v představách malíře. Credit: NASA/JPL-Caltech

Horcí Jupiteři kolem svých hvězd obíhají po značně skloněných oběžných drahách.


Obecně se dá říci, že v oblasti výzkumu exoplanet nás zajímají dva úhly roviny oběžné dráhy exoplanety. V prvním případě se jedná o inklinaci – úhel, který udává sklon roviny dráhy planety vůči nám. Tento údaj je zvláště důležitý pro výpočet hmotnosti planety při jejím pozorování metodou měření radiálních rychlostí. V katalozích exoplanet si můžete povšimnout, že tento úhel v případě tranzitujících exoplanet nabývá hodnoty kolem 90°. Je to logické, abychom viděli tranzit exoplanety, musí rovina oběžné dráhy směřovat k nám.


Pak zde máme druhý úhel a ten udává sklon roviny dráhy vůči rovině rovníku hvězdy. Čistě teoreticky by se měl pohybovat kolem nuly. Planety stejně jako hvězda totiž vznikají z disku prachu a plynu a disk, jak název napovídá, je docela „plochým“ útvarem. Ale pozorování exoplanet naznačují, že sklony oběžných drah jsou často hodně velké, dokonce více než 90°, což znamená, že planeta obíhá v opačném směru, než v jakém rotuje mateřská hvězda.

Schéma vlevo představuje situaci, kdy je rovina oběžné dráhy planety přibližně shodná s rovinou rovníku mateřské hvězdy. Pod obrázkem je vidět symetrickou křivku radiálních rychlostí. Obrázek vpravo zachycuje situaci, kdy je oběžná rovina exoplanety výrazně odlišná od roviny rovníku hvězdy. Křivka radiálních rychlostí je deformovaná. Modrá polokoule představuje část hvězdy, která se k nám vlivem rotace přibližuje, červená pak tu část, která se od nás vzdaluje. Zdroj: subarutelescope.org
Schéma vlevo představuje situaci, kdy je rovina oběžné dráhy planety přibližně shodná s rovinou rovníku mateřské hvězdy. Pod obrázkem je vidět symetrickou křivku radiálních rychlostí. Obrázek vpravo zachycuje situaci, kdy je oběžná rovina exoplanety výrazně odlišná od roviny rovníku hvězdy. Křivka radiálních rychlostí je deformovaná. Modrá polokoule představuje část hvězdy, která se k nám vlivem rotace přibližuje, červená pak tu část, která se od nás vzdaluje. Zdroj: subarutelescope.org

 

Jak se tento úhel měří? Jednou z možností je využití Rossiterova-McLaughlinova efektu (RM efekt). Astronomové získávají spektrum mateřské hvězdy v okamžiku, kdy planeta přechází před svou hvězdou. Exoplaneta nejdříve zakryje tu část disku hvězdy, která se k nám vlivem rotace hvězdy přibližuje (na obrázku výše je značena modrou barvou) a poté tu část, která se od nás vzdaluje (červená). Pokud není úhel mezi rovinou rovníku a rovinou oběžné dráhy nulový, je křivka radiálních rychlostí deformovaná (viz obrázek).

 

Do roku 2008 převládal poměrně konzistentní názor, že rovina oběžné dráhy horkých Jupiterů bude jen velmi málo skloněna vůči rovině rovníku mateřské hvězdy. Tento argument podpořilo i proměření některých prvních známých tranzitujících exoplanet jako HD 209458 b, HD 189733 b a TrES-1. V roce 2008 byla zveřejněna studie exoplanety HD 17156 b. Velmi hmotná planeta obíhá po protáhlé oběžné dráze a podle studie je její rovina skloněna o 62 ± 25 stupně. Výsledky studie byly ovšem záhy zpochybněny a sklon oběžné dráhy bude reálně někde kolem 9,4 ± 9,3 stupně.

Jenomže přišly další objevy horkých Jupiterů s extrémně skloněnými dráhami. K známým exoplanetám se značně skloněnou dráhou patří například HAT-P-7 b, XO-3 b, WASP-14 b.

Popisovat sklony oběžných drah jednotlivých planet nemá příliš smysl. Vývoj v této oblasti je povětšinou extrémně dynamický a jednotlivé údaje se mohou měnit. Trend ovšem ukazuje, že skloněné oběžné roviny nemusí být u horkých Jupiterů žádným extrémem ale naopak poměrně běžnou realitou.

Co je ovšem velmi překvapivé, pořádek do celé problematiky vnáší teplota mateřské hvězdy. Ukazuje se, že kolem chladnějších hvězd (o teplota méně než cca 6250 K) obíhají planety vcelku spořádaně, zatímco u horkých nikoliv. Za vším může být fakt, že chladnější hvězdy mohou působit na planetu snadněji slapovými silami a její oběžnou dráhu tak „sladit“ k obrazu svému. Problém tedy nestojí na tom, že by horké hvězdy dokázaly interakcemi dráhy planet rozházet, naopak chladné je dokážou uspořádat. Pokud tato teorie platí, pak bychom zde měli šokující závěr: oběžné roviny horkých Jupiterů jsou vůči rovině rovníku hvězdy uspořádány nahodile!

Mechanismus, který dráhy planet rozrušuje, zůstává neznámý. Může jim byt interakce s diskem v době, kdy horký Jupiter migruje k hvězdě, interakce s další planetou či hvězdným společníkem mateřské hvězdy apod.

Na webu exoclimes.com si můžete najít i výsledek „sociologického průzkumu“, který hodnotí změnu názoru odborné komunity na možnost, že dráhy horkých Jupiterů jsou orientovány nahodile – odkaz na obrázek.

Zdroj: exoclimes.com