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„.

ESO

Wykres przedstawia zależność między prędkością rotacji a masą dla planet Układu Słonecznego i egzoplanety Beta Pictoris b.

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 Dopplera (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 planeta 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 Pierwsza mapa pogody dla brązowego karła„>mapy brązowego karła [8] – Luhman 16B. 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 adaptatywnej, która kompensuje turbulencje w ziemskiej atmosferze, zaburzające obrazy uzyskiwane nawet w najlepszych astronomicznie miejscach na świecie. Technika ta pozwala astronomom na uzyskiwanie bardzo 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 00 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 ten 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.