Byla objasněna jedna z největších záhad exoplanetárního výzkumu?

Planety by měly obíhat přibližně v rovině, která je podobná rovině rovníků mateřské hvězdy. Mnoho horkých jupiterů ale obíhá pod značnými úhly vůči této rovině. Proč?

www.novedalekohledy.cz

Všechno to začalo to památné léto roku 1995. V astronomické komunitě nebo alespoň v její části panoval názor, že nalézt planety u cizích hvězd bude velmi nesnadné, neboť si na nás vesmír přichystal past. Malé planety jsme objevit nedokázali a ty hmotné obíhají daleko od hvězd, takže jsou na ně klasické metody, používané například u dvojhvězd, krátké.


Několik týmů se přesto snažilo ulovit první exoplanety. Nakonec se jim to povedlo, ale rybník jim jako první vypálili dva Švýcaři. Exoplaneta 51 Peg b byla trochu jiná, než se čekalo. Obří planeta neobíhala okolo svého slunce jednou za 10, 12 let ale za 4 dny!

Později byly objeveny další podobné planety, kterým říkáme horcí jupiteři. Dnes už také víme, že vznikají v souladu s teoriemi daleko od svých hvězd a poté migrují.

Existuje několik typy migrací. Některé z nich souvisí s interakcemi mezi planetou a diskem z prachu a plynu, který obklopuje mladé hvězdy a rodí se z něj planety.

Kozaiova migrace

Kromě těchto interakcí je zde také Kozaiova migrace, jejíž kořeny leží ve 20. letech minulého století.
Kozaiův migrační mechanismus či Kozaiova – Lidova migrace je způsobena existencí další planety v systému nebo přítomností další hvězdy.

Blízká přítomnost „narušitele“ protáhne oběžnou dráhu exoplanety a slapové síly mateřské hvězdy způsobí její postupnou migraci.

Jak ukázaly výzkumy v posledních letech, řada exoplanet postižených Kozaiovou migrací má rozhozenou oběžnou dráhu.

Planety vznikají z disku plynu a prachu. Jak vypadá disk asi netřeba upřesňovat. Rovina dráhy planety by měla plus mínus souhlasit s rovinou rovníku mateřské hvězdy. U některých planet tomu tak není a obě roviny svírají dost extrémní úhel.

Změřit tento úhel není snadné. Jednou z možností je Rossiterův-McLaughlinův efekt, který je proveditelný jen u tranzitujících exoplanet. Nesleduje se však světelná křivka (jasnost) ale radiální (spektrum). Exoplaneta nejdříve zakryje tu část disku hvězdy, která se k nám vlivem rotace hvězdy přibližuje a poté tu část, která se od nás vzdaluje. Pokud není úhel mezi rovinou rovníku a rovinou oběžné dráhy nulový, je křivka radiálních rychlostí deformována.

Podle některých studií je však orientace rovin drah migrujících horkých jupiterů nahodilá. Takže paradoxně platí, že výjimečnou situací je rovina dráhy v souladu s rovníkem. Takové planety se vyskytují u chladnějších hvězd. Za vším může být dle dřívějších studií to, že chladnější hvězdy působí na planetu snadněji slapovými silami a její oběžnou dráhu tak „sladí“ k obrazu svému.

Nastal průlom?

Jednou z největších záhad exoplanetárního výzkumu jsou příčiny a mechanismy, které vedou k rozhození drah migrujících horkých jupiterů nebo chcete-li jinak: k nahodilému sklonu jejich drah.

Natalia Storchová a její kolegové z Cornell University provedli počítačové simulace migrace horkých jupiterů vlivem Kozaiova mechanismu a dospěli k dosti odvážným a překvapivým závěrům.

hot-jupiter-binary-stars-orbits

Ačkoliv má planeta mnohem menší hmotnost než hvězda (velmi zhruba řekněme tisícinu), je její vliv na hvězdu tak dramatický, že rozkolísá osu rotace hvězdy. Dochází k mohutné precesi. Tím se samozřejmě mění rovina rovníku hvězdy. Není to tedy planeta, která změnila rovinu své oběžné dráhy, ale hvězda, jejíž osa rotace je vychýlena a tím se mění i rovina rovníku.

Vzhledem k tomu, že klíčové parametry (hmotnost planety, perioda rotace hvězdy) jsou pokaždé jiné, je následné rozkolísání chaotické.

Zdroj: Chaotic dynamics of stellar spin in binaries and the production of misaligned hot Jupiters (Science)