Da un comunicato stampa del telescopio Subaru e dell'Osservatorio astronomico nazionale del Giappone:
Un gruppo di ricerca guidato da astronomi dell'Università di Tokyo e dell'Osservatorio astronomico nazionale del Giappone (NAOJ) ha scoperto che le orbite inclinate possono essere tipiche piuttosto che rare per i sistemi esoplanetari - quelli al di fuori del nostro sistema solare. Le loro misurazioni degli angoli tra gli assi di rotazione della stella (asse di rotazione stellare) e l'orbita del pianeta (asse orbitale planetario) degli esopianeti HAT-P-11b e XO-4b dimostrano che le orbite di questi esopianeti sono fortemente inclinate. Questa è la prima volta che gli scienziati misurano l'angolo per un piccolo pianeta come HAT-P-11 b. Le nuove scoperte forniscono importanti indicatori osservativi per testare diversi modelli teorici di come si sono evolute le orbite dei sistemi planetari.
Dalla scoperta del primo esopianeta nel 1995, gli scienziati hanno identificato più di 500 esopianeti, pianeti al di fuori del nostro sistema solare, quasi tutti pianeti giganti. La maggior parte di questi esopianeti giganti orbita da vicino le loro stelle ospiti, a differenza dei pianeti giganti del nostro sistema solare, come Giove, che orbitano attorno al Sole da lontano. Le teorie accettate suggeriscono che questi pianeti giganti si formarono originariamente da abbondanti materiali che formano il pianeta lontano dalle loro stelle ospiti e quindi migrarono nelle loro attuali posizioni vicine. Sono stati suggeriti diversi processi di migrazione per spiegare esopianeti giganti ravvicinati.
I modelli di interazione disco-pianeta della migrazione si concentrano sulle interazioni tra il pianeta e il suo disco protoplanetario, il disco da cui si è originariamente formato. A volte queste interazioni tra il disco protoplanetario e il pianeta in formazione provocano forze che fanno cadere il pianeta verso la stella centrale. Questo modello prevede che l'asse di rotazione della stella e l'asse orbitale del pianeta saranno allineati tra loro.
I modelli di interazione pianeta-pianeta di migrazione si sono concentrati su dispersioni reciproche tra pianeti giganti. La migrazione può verificarsi dalla dispersione dei pianeti, quando più pianeti si disperdono durante la creazione di due o più pianeti giganti all'interno del disco protoplanetario. Mentre alcuni dei pianeti si disperdono dal sistema, quello più interno può stabilire un'orbita finale molto vicino alla stella centrale. Un altro scenario di interazione pianeta-pianeta, la migrazione di Kozai, postula che l'interazione gravitazionale a lungo termine tra un pianeta gigante interno e un altro oggetto celeste come una stella compagna o un pianeta gigante esterno nel tempo può alterare l'orbita del pianeta, avvicinando un pianeta interno alla stella centrale. Le interazioni di migrazione pianeta-pianeta, tra cui la dispersione pianeta-pianeta e la migrazione di Kozai, potrebbero produrre un'orbita inclinata tra il pianeta e l'asse stellare.
Nel complesso, l'inclinazione degli assi orbitali dei pianeti vicini rispetto agli assi di spin delle stelle ospiti emerge come una base osservativa molto importante per supportare o confutare i modelli di migrazione su cui si basano le teorie del centro di evoluzione orbitale. Un gruppo di ricerca guidato da astronomi dell'Università di Tokyo e NAOJ ha concentrato le proprie osservazioni con il telescopio Subaru sull'indagine su queste inclinazioni per due sistemi noti per avere pianeti: HAT-P-11 e XO-4. Il gruppo ha misurato l'effetto dei sistemi di Rossiter-McLaughlin (di seguito, RM) e ha trovato prove che i loro assi orbitali si inclinano rispetto agli assi di spin delle loro stelle ospiti.
L'effetto RM si riferisce a apparenti irregolarità nella velocità radiale o velocità di un oggetto celeste nella linea di vista dell'osservatore durante i transiti planetari. A differenza delle linee spettrali che sono generalmente simmetriche nelle misure della velocità radiale, quelle con l'effetto RM si discostano in un modello asimmetrico (vedi Figura 1). Tale apparente variazione della velocità radiale durante un transito rivela l'angolo proiettato dal cielo tra l'asse di rotazione stellare e l'asse orbitale planetario. Subaru Telescope ha partecipato a precedenti scoperte dell'effetto RM, che gli scienziati hanno finora studiato per circa trentacinque sistemi esoplanetari.
Nel gennaio 2010, un gruppo di ricerca guidato dagli astronomi del team attuale dell'Università di Tokyo e dell'Osservatorio astronomico nazionale del Giappone ha utilizzato il telescopio Subaru per osservare il sistema planetario XO-4, che si trova a 960 anni luce dalla Terra nella regione della Lynx . Il pianeta del sistema è circa 1,3 volte più massiccio di Giove e ha un'orbita circolare di 4,13 giorni. La loro rilevazione dell'effetto RM ha mostrato che l'asse orbitale del pianeta XO-4 b si inclina verso l'asse di rotazione della stella ospite. Finora solo il Subaru Telescope ha misurato l'effetto RM per questo sistema.
A maggio e luglio 2010, l'attuale gruppo di ricerca ha condotto osservazioni mirate sul sistema esoplanetario HAT-P-11, che si trova a 130 anni luce dalla Terra verso la costellazione del Cigno. Il pianeta di dimensioni Nettuno HAT-P-11 orbita attorno alla sua stella ospite in un'orbita non circolare (eccentrica) di 4,89 giorni ed è tra i più piccoli esopianeti mai scoperti. Fino a questa ricerca, gli scienziati avevano rilevato solo l'effetto RM per i pianeti giganti. Il rilevamento dell'effetto RM per pianeti di dimensioni più piccole è impegnativo perché il segnale dell'effetto RM è proporzionale alla dimensione del pianeta; più piccolo è il pianeta in transito, più debole è il segnale.
Il team ha sfruttato l'enorme potere di raccolta della luce dello specchio da 8,2 m del Subaru Telescope, nonché la precisione del suo spettrografo ad alta dispersione. Le loro osservazioni non solo hanno portato alla prima rilevazione dell'effetto RM per un esopianeta di dimensioni più piccole di Nettuno, ma hanno anche dimostrato che l'asse orbitale del pianeta si inclina all'asse di rotazione stellare di circa 103 gradi nel cielo. Un gruppo di ricerca negli Stati Uniti ha usato il Keck Telescope e fatto osservazioni indipendenti sull'effetto RM dello stesso sistema a maggio e agosto 2010; i loro risultati erano simili a quelli delle osservazioni del maggio e luglio 2010 del team dell'Università di Tokyo / NAOJ.
Le osservazioni del team attuale sull'effetto RM per i sistemi planetari HAT-P-11 e XO-4 hanno dimostrato di avere orbite planetarie fortemente inclinate rispetto agli assi di rotazione delle loro stelle ospiti. Gli ultimi risultati osservativi su questi sistemi, compresi quelli ottenuti indipendentemente dai risultati qui riportati, suggeriscono che orbite planetarie così fortemente inclinate possano comunemente esistere nell'universo. Lo scenario di migrazione pianeta-pianeta, causato dallo scattering pianeta-pianeta o dalla migrazione di Kozai, piuttosto che dallo scenario pianeta-disco potrebbe spiegare la loro migrazione verso le posizioni attuali.
Tuttavia, le misurazioni dell'effetto RM per i singoli sistemi non possono discriminare in modo decisivo tra gli scenari di migrazione. L'analisi statistica può aiutare gli scienziati a determinare quale, se del caso, il processo di migrazione è responsabile delle orbite altamente inclinate dei pianeti giganti. Poiché diversi modelli di migrazione prevedono diverse distribuzioni dell'angolo tra l'asse stellare e l'orbita planetaria, lo sviluppo di un ampio campione dell'effetto RM consente agli scienziati di supportare il processo di migrazione più plausibile. L'inclusione delle misure dell'effetto RM per un pianeta così piccolo come HAT-P-11 b nel campione svolgerà un ruolo importante nelle discussioni sugli scenari di migrazione planetaria.
Molti gruppi di ricerca stanno pianificando di fare osservazioni sull'effetto RM con i telescopi di tutto il mondo. L'attuale squadra e il Subaru Telescope svolgeranno un ruolo fondamentale nelle indagini a venire. Osservazioni continue dei sistemi esoplanetari in transito contribuiranno a comprendere la storia della formazione e della migrazione dei sistemi planetari nel prossimo futuro.
