Вычислено загадочное вращение экстрасолнечной планеты

Экзопланета HAT-P-7b вращается вокруг своей родительской звезды по аномальной орбите, которую ещё предстоит объяснить. Об этом в один голос говорят два независимых исследования, проведённых астрономами США и Японии.

Одна из работ велась группой специалистов из нескольких американских университетов и институтов, а возглавлял её Джошуа Уинн (Joshua N. Winn) из Массачусетского технологического института. Вторая группа – это учёные из ряда японских учреждений, лидер команды — Норио Нарита (Norio Narita) из Национальной обсерватории Японии (NAOJ).

С момента открытия HAT-P-7b в 2008 году оба коллектива пытались вычислить различные параметры её орбиты. Изначально было известно, что данная планета — горячий Юпитер с поперечником и массой, равными примерно 1,4 и 1,8 диаметра и масс Юпитера соответственно. Она обращается вокруг своего солнца по очень короткой орбите (с периодом 2,2 дня), так что на поверхности царит жара в 2730 кельвинов. Но вот тонкости обращения удалось вычислить сравнительно недавно.

 

Эффект Росситера – Маклафлина. По мере вращения звезды (жёлтый круг) вокруг своей оси её приближающийся к наблюдателю край производит синее смещение в спектре, а удаляющийся – красное. В целом они компенсируются, хотя приводят к расширению спектральных линий. Но если по диску солнца проходит планета (синий кружок), то в первой фазе транзита она блокирует часть "синих" лучей, а во второй фазе – толику "красных", поскольку обычно обегает своё светило в том же направлении, в котором вращается сама звезда. Этот эффект производит в начале транзита соответственно красное смещение в спектре, а в конце транзита – синее. Для наблюдателя они проявляются как кажущееся изменение в радиальной скорости звезды (её и определяют по спектру), которая на самом деле постоянна (иллюстрация с сайта wikipedia.org).

Во время очередного транзита HAT-P-7b по диску своей звезды астрономы с высокой точностью измерили так называемый эффект Росситера – Маклафлина (Rossiter-McLaughlin effect).

Так выяснилось, что HAT-P-7b генерирует синее смещение в спектре своей звезды в начале транзита и красное — в конце, то есть в прямо противоположном порядке, нежели другие экстрасолнечные планеты.

А это говорит о том, что угол между экватором звезды и плоскостью орбиты горячего Юпитера составляет минимум 86 градусов, — гласит пресс-релиз Массачусетского технологического, а максимум — 180 градусов. Это по измерениям американцев. Важно, однако, что независимые вычисления японской команды дали близкие результаты.

"Существует большой диапазон неопредёленности, потому что мы не измеряем истинный угол между орбитой и экватором звезды, — объясняет Уинн. — Вместо этого мы можем только измерить угол таким, каким мы его видим с нашей точки зрения на Земле". И поскольку неизвестно, каков наклон оси вращения звезды к нашей линии визирования, получается столь большой разброс параметров орбиты газового гиганта.

Таким образом, наблюдаемая аномалия в эффекте Росситера – Маклафлина может быть объяснена двояко: либо планета вращается в плоскости, проходящей почти точно через полюса родительской звезды, либо она обращается примерно в плоскости звёздного экватора, но в направлении, обратном вращению самого солнца. Если это так, то HAT-P-7b станет второй известной планетой с ретроградной орбитой (первая была открыта совсем недавно).

 

Два возможных варианта орбиты HAT-P-7b: вверху – обращение практически через полюса родительской звезды, внизу – ретроградное обращение почти в экваториальной плоскости (иллюстрации Simon Albrecht).

Такая аномалия (или почти 90 градусный наклон орбиты, или ретроградное обращение) ставит ряд интересных вопросов. Скажем, расположение планет в нашей системе почти в одной плоскости и обращение их в правильном направлении давным-давно натолкнуло учёных на идею, что планеты и сама звезда формируются из единого вращающегося газопылевого облака. Но насколько такая картина эволюции типична? Является ли наша система нормой или нет? А открытые планеты с аномальными орбитами — насколько часто они встречаются в Галактике?

Объяснить странное поведение HAT-P-7b могло бы, к примеру, гравитационное воздействие других планет в той же системе, которые уже после своего рождения и создания системы (не слишком стабильной, хаотичной) постепенно сместили плоскость орбиты HAT-P-7b путём гравитационного взаимодействия. Но другие планеты у этой звезды пока не открыты. Есть ещё вариант со звездой-компаньоном, но опять-таки — её нет. Может, когда-то две звезды сблизились (что повлияло на вращение планеты), а потом разошлись?

Астрономам ещё предстоит разобраться с загадкой HAT-P-7b. Её объяснение поможет в понимании закономерностей рождения и последующей эволюции планетарных систем в целом.

Кстати, если говорить о вероятности генерации столь странных орбит, следует указать, что из открытых на данный момент 400 с лишним планет вне Солнечной системы только 60 проходят транзитом по диску своей звезды. Команда Уинна последовательно проводила измерения их всех по списку, и "счастливая" для астрономов HAT-P-7b была всего 15-й.

 

Статья американской команды вышла в Astrophysical Journal, а материал японцев — в Publications of Astronomical Society of Japan.