Komunikat prasowy

Po raz pierwszy zmierzono długość dnia na planecie pozasłonecznej

VLT zmierzył obrót Beta Pictoris b

30 kwietnia 2014

Obserwacje przeprowadzone za pomocą należącego do ESO teleskopu VLT (Very Large Telescope) pozwoliły na ustalenie po raz pierwszy okresu rotacji planety pozasłonecznej. Okazało się, że jeden „dzień” na Beta Pictoris b trwa zaledwie osiem godzin. To znacznie krócej niż na jakiejkolwiek planecie w Układzie Słonecznym – równik planety Beta Pictoris b porusza się z prędkością prawie 100 000 km/h. Związek pomiędzy masą, a tempem obrotu, obserwowany w Układzie Słonecznym, może być teraz badany także w przypadku planet pozasłonecznych. Podobne techniki pozwolą astronomom na wykonanie w przyszłości szczegółowych map planet pozasłonecznych za pomocą Ekstremalnie Wielkiego Teleskopu Europejskiego (E-ELT).

Planeta pozasłoneczna Beta Pictoris b okrąża widoczną gołym okiem gwiazdę Beta Pictoris [1], [2], która znajduje się 63 lata świetlne od Ziemi i jest widoczna w konstelacji Malarza. Planetę odkryto prawie sześć lat temu, była to jedna z pierwszych egzoplanet sfotografowanych bezpośrednio. Okrąża swoją gwiazdę w odległości zaledwie osiem razy większej niż dystans Ziemia-Słońce (eso1024) – co czyni ją najbliższą planetą w stosunku do swojej gwiazdy spośród bezpośrednio sfotografowanych [3].

Zespół holenderskich astronomów z Leiden University oraz Netherlands Institute for Space Research (SRON) użył instrumentu CRIRES na teleskopie VLT i odkrył, że prędkość rotacji równikowowej planety Beta Pictoris b to prawie 100 000 km/h. Dla porównania, równik Jowisza obraca się z prędkością około 47 000 km/h [4], a ziemski zaledwie 1700 km/h [5]. Beta Pictoris b jest 16 krotnie większa oraz 3000 razy masywniejsza od Ziemi, a dzień na tej planecie trwa zaledwie 8 godzin.

„Nie wiadomo dlaczego niektóre planety obracają się szybko, a inne wolniej”, mówi współautor Remco de Kok, „ale pierwszy pomiar obrotu egzoplanety pokazuje, że tendencja widoczna w Układzie Słonecznym, według które bardziej masywne planety obracają się szybciej, jest prawdziwa także dla planet pozasłonecznych. Musi to być uniwersalna konsekwencja sposobu w jaki planety powstają.”

Beta Pictoris b jest planetą bardzo młodą, ma zaledwie 20 milionów lat (w porównaniu do 4,5 miliarda lat Ziemi) [6]. Uważa się, że z upływem czasu planeta ochłodzi się i skurczy, co spowoduje jeszcze szybszy obrót [7]. Z drugiej strony rolę odgrywać mogą inne procesy zmieniające obrót planety. Na przykład obrót Ziemi dookoła swojej osi jest spowalniany przez oddziaływania pływowe z Księżycem.

Astronomowie zastosowali bardzo precyzyjną technikę zwaną spektroskopią wysokodyspersyjną, aby rozdzielić światło na składowe kolory – różne długości fali w widmie. Zasada efektu Doppler (albo przesunięcia Dopplera) pozwoliła na użycie zmiany w długości fali do wykrycia, że różne części planety poruszają się z różnymi prędkościami i w przeciwnych kierunkach w stosunku do obserwatora. Po starannym usunięciu efektów od dużo jaśniejszej gwiazdy naukowcy byli w stanie wyłuskać sygnał od rotacji planety.

"Zmierzyliśmy długości fali promieniowania emitowanego przez planetę z dokładnością jednej części na sto tysięcy, dzięki czemu pomiary były czułe na efekt Dopplera, który ujawnił prędkość emitującego obiektu.” tłumaczy główny autor Ignas Snellen. „Dzięki tej technice odkryliśmy, że różne części powierzchni planety poruszają się w naszym kierunku, albo oddalają się od nas z różnymi prędkościami, co można wytłumaczyć jedynie faktem, że planet obraca się dookoła swojej osi.”

Technika ta jest blisko związana z obrazowaniem dopplerowskim, którego używano od kilkudziesięciu lat do wykonywania map powierzchni gwiazd, a ostatnio także mapy brązowego karła [8] - Luhman 16B (eso1404). Szybki obrót Beta Pictoris b oznacza, że w przyszłości będzie można opracować globalną mapę tej planety, uwidaczniającą potencjalne układy chmur i wielkie burze.

„Technikę tę będzie można zastosować na znacznie większej grupie egzoplanet dzięki niesamowitej rozdzielczości i czułości E-ELT oraz wysokodyspersyjnego spektrografu obrazującego. Planowany Mid-infrared E-ELT Imager and Spectrograph (METIS) będzie w stanie wykonywać globalne mapy planet pozasłonecznych i ustalać własności znacznie mniejszych planet niż Beta Pictoris b” mówi Bernhard Brandl, kierownik naukowy projektu METIS oraz współautor publikacji.

Uwagi

[1] Beta Pictoris ma wiele innych oznaczeń, np. HD 39060, SAO 234134 oraz HIP 27321.

[2] Beta Pictoris jest najbardziej znanym przykładem gwiazdy otoczonej przez dysk. Wiadomo że dysk rozciąga się do odległości około 1000 razy większe niż dystans Ziemia-Słońce. Wcześniejsze obserwacje planety wokół Beta Pictoris były opisywane w eso0842, eso1024 oraz eso1408.

[3] Obserwacje wykonano z użyciem techniki optyki adaptywnej, która kompensuje turbulencje w ziemskiej atmosferze, zaburzające obrazy uzyskiwane nawet w najlepszych astronomicznie miejscach na świecie. Technika ta pozwala astronomom na uzyskiwanie super ostrych obrazów, prawie tak dobrych jak z przestrzeni kosmicznej.

[4] Ponieważ Jowisz nie ma twardej powierzchni, dla której można by było ustalić tempo obrotu, podaliśmy prędkość atmosfery na równiku, która wynosi 47 000 km/h.

[5] Prędkość obrotu Ziemi na równiku wynosi 1674,4 km/h.

[6] Wcześniejsze pomiary sugerowały, że system jest młodszy.

[7] Jest to konsekwencja zasady zachowania momentu pędu. Taki sam efekt powoduje, że obrót łyżwiarza na lodzie gwałtownie przyspiesza gdy przyciska swoje ręce do ciała.

[8] Brązowe karły są często nazywane “nieudanymi gwiazdami”, ponieważ w przeciwieństwie do gwiazd takich jak Słońce, nigdy nie staną się wystarczająco gorące, aby rozpocząć reakcje fuzji termojądrowej.

Więcej informacji

Wyniki badań opisano w artykule pt. “Fast spin of a young extrasolar planet”, I. Snellen et al., który ukaże się 1 maja 2014 roku w Nature.

Skład zespołu badawczego: Ignas A. G. Snellen (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Holandia), Remco J. de Kok (SRON Netherlands Institute for Space Research, Utrecht, Holandia), Ernst J. W. de Mooij (Leiden Observatory) oraz Simon Albrecht (Department of Physics i Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology, USA; Leiden Observatory)

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Jest wspierane przez 15 krajów: Austria, Belgia, Brazylia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada Bardzo Duży Teleskop (Very Large Telescope), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest europejskim partnerem dla rewolucyjnego teleskopu ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. ESO planuje obecnie 39-metrowy Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope - E-ELT), który stanie się “największym okiem świata na niebo”.

Linki

• Publikacja naukowa
• Zdjęcia VLT
• Zdjęcia CRIRES
• Instrument CRIRES na VLT
• Więcej o METIS: A Mid-Infrared E-ELT Imager and Spectrograph

Kontakt

Ignas Snellen
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Tel.: +31 71 52 75 838
Tel. kom.: +31 63 00 31 983
E-mail: snellen@strw.leidenuniv.nl

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6655
Tel. kom.: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych