Astronomen vinden exoplaneet in een polaire baan

In ons zonnestelsel hebben de banen van de planeten allemaal een vergelijkbare oriëntatie. Hun baanvlakken variëren met een paar graden, maar ruwweg draaien de planeten allemaal in dezelfde richting. Dit onveranderlijke vlak heeft ook een oriëntatie binnen een paar graden van het rotatievlak van de Zon. De meeste planeetsystemen hebben een vergelijkbare opstelling, waarbij planeetbanen en stellaire rotatie ongeveer op één lijn liggen, maar een paar exoplaneten trotseren deze trend en astronomen weten niet helemaal zeker waarom.

Gemeenschappelijke oriëntatie binnen een planeetsysteem is logisch gezien hoe planeetsystemen ontstaan. De proto-stellaire wolk waaruit een ster en zijn planeten ontstaan, heeft meestal een inherent rotatiemomentum. Wanneer een ster begint samen te smelten, vormt zich een protoplanetaire schijf rond de ster. Omdat de planeten zich binnen deze schijf vormen, hebben ze allemaal vergelijkbare banen. Dingen kunnen gecompliceerder zijn met dubbelster- of meer-sterrensystemen, maar je zou verwachten dat planeetsystemen met één ster een onveranderlijk vlak hebben dat lijkt op het onze. Dit is echter niet waar voor een planeetsysteem dat bekend staat als WASP-131. Dit toont een recent onderzoek aan.

Het is bekend dat WASP-131 ten minste één planeet heeft, 131b. Het is een hete gasplaneet met een massa van iets minder dan Saturnus die elke vijf dagen in een baan om WASP 131 draait. Eerdere studies van WASP 131b vonden de planeet ongebruikelijk vanwege de dikke atmosfeer. Hoewel zijn massa slechts een kwart van die van Jupiter is, is zijn diameter 20% groter dan die van Jupiter. WASP 131b heeft zo’n lage dichtheid voor een gasplaneet dat de planeet bekend staat als een “super-puff” planeet.

De planeet werd gevonden met behulp van de transitiemethode, wat betekent dat hij vanuit ons gezichtspunt voor zijn ster passeert. Het is een effectieve manier om exoplaneten te vinden, maar de techniek kan ook gebruikt worden om de rotatiebeweging van de ster te verifiëren. Vanwege de rotatie van de ster is licht dat uit het gebied van de ster komt die naar ons toe roteert enigszins blauw verschoven, en licht uit het gebied dat van ons af roteert is licht rood verschoven.

Dit betekent dat de spectraallijnen van de ster een beetje vervaagd zijn. Het effect staat bekend als Dopplerverbreding. Terwijl de planeet voor de ster passeert, blokkeert hij beurtelings een deel van de blauw verschoven en rood verschoven gebieden. Hierdoor verschuiven de spectraallijnen van de ster een beetje. Dit Rossiter-McLaughlin-effect, zoals het wordt genoemd, stelt astronomen in staat de oriëntatie va de rotatie van sterren te bepalen.

Toen het team de rotatie van WASP-131 analyseerde, ontdekten ze dat deze niet vergelijkbaar was met die van zijn planeet. De baan van 131b is ongeveer 160° gekanteld ten opzichte van het rotatievlak van de ster. Dit betekent dat hij zich in een hoge, bijna polaire retrograde baan bevindt. Dit roept natuurlijk de vraag op hoe de planeet zo’n vreemde baan heeft kunnen krijgen,

Een idee is een proces dat bekent staat als het Kozai-effect. Dynamische interacties tussen de planeet, zijn ster en andere planeten in het systeem kunnen ervoor zorgen dat de baan wegschuift van de invariante planeet. We zien dit in ons eigen zonnestelsel met Pluto en Neptunus, die Pluto’s baan in de loop van de tijd heeft gekanteld. Het Kozai-effect is echter meer uitgesproken bij kleinere planeten, en interactie tussen planeet en ster alleen is niet voldoende om zo’n hellende baan te verklaren. Een andere mogelijkheid is een magnetische interactie tussen de planeet en de protoplanetaire schijf vroeg in de ontstaansgeschiedenis.

Hoewel het mechanisme achter de oneven baan niet duidelijk is, volgt het wel een patroon dat we zien bij veel exoplaneten met hete gassen. Ongeveer een kwart van hen heeft aanzienlijk gekantelde banen. Het lijkt erop dat deze planeten soms ver uit de pas lopen.

Het onderzoek is gepubliceerd op de arXiv preprint server.

Artikel: L. Doyle et al, WASP-131 b with ESPRESSO I: A bloated sub-Saturn on a polar orbit around a differentially rotating solar-type star, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2304.12163

Eerste publicatie: 8 mei 2023
Bron: UniverseToday