Astronomen hebben de eerste meting gedaan van de uitlijning van de spin-baan voor een verre 'super-Jupiter'-planeet, het demonstreren van een techniek die doorbraken mogelijk zou kunnen maken in de zoektocht om te begrijpen hoe exoplanetaire systemen zich vormen en evolueerden.

Een internationaal team van wetenschappers, onder leiding van professor Stefan Kraus van de Universiteit van Exeter, heeft de metingen uitgevoerd voor de exoplaneet Beta Pictoris b - 63 lichtjaar van de aarde verwijderd.

De planeet, gevonden in het sterrenbeeld Pictor, heeft een massa van ongeveer 11 keer die van Jupiter en draait om een ​​jonge ster in een vergelijkbare baan als Saturnus in ons zonnestelsel.

De studie, vandaag (29 juni 2020) gepubliceerd in de Astrofysische journaalbrieven , is de eerste keer dat wetenschappers de uitlijning van de spin-baan hebben gemeten voor een direct afgebeeld planetair systeem.

Cruciaal, de resultaten geven een nieuw inzicht in het verbeteren van ons begrip van de vormingsgeschiedenis en evolutie van het planetenstelsel.

Professor Kraus zei:"De mate waarin een ster en een planetaire baan met elkaar zijn uitgelijnd, vertelt ons veel over hoe een planeet is gevormd en of meerdere planeten in het systeem dynamisch op elkaar inwerken na hun vorming."

Enkele van de vroegste theorieën over het planeetvormingsproces werden voorgesteld door vooraanstaande 18e-eeuwse astronomen Kant en Laplace. Ze merkten op dat de banen van de planeten van het zonnestelsel op elkaar zijn uitgelijnd, en met de draaias van de zon, en concludeerde dat het zonnestelsel gevormd is uit een roterende en afgeplatte protoplanetaire schijf.

"Het was een grote verrassing toen bleek dat meer dan een derde van alle nabije exoplaneten in een baan om hun moederster draaien op banen die niet goed zijn uitgelijnd ten opzichte van de stellaire evenaar.", zei prof. Kraus.

"Er werden zelfs enkele exoplaneten gevonden die in de tegenovergestelde richting draaien dan de rotatierichting van de ster. Deze waarnemingen dagen de perceptie van planeetvorming uit als een netjes en goed geordend proces dat plaatsvindt in een geometrisch dunne en co-planaire schijf."

Voor de studie, de onderzoekers bedachten een innovatieve methode die de kleine ruimtelijke verplaatsing van minder dan een miljardste graad meet die wordt veroorzaakt door de rotatie van Beta Pictoris.

Het team gebruikte het GRAVITY-instrument bij de VLTI, die het licht combineert van telescopen die 140 meter van elkaar zijn gescheiden, om de metingen uit te voeren. Ze ontdekten dat de sterrotatie-as is uitgelijnd met de orbitale assen van de planeet Beta Pictoris b en zijn verlengde puinschijf.

"Gasabsorptie in de stellaire atmosfeer veroorzaakt een kleine ruimtelijke verplaatsing in spectraallijnen die kan worden gebruikt om de oriëntatie van de stellaire rotatie-as te bepalen.", zei Dr. Jean-Baptiste LeBouquin, een astronoom aan de Universiteit van Grenoble in Frankrijk en een lid van het team.

"De uitdaging is dat deze ruimtelijke verplaatsing extreem klein is:ongeveer 1/100e van de schijnbare diameter van de ster, of het equivalent van de grootte van een menselijke voetstap op de maan gezien vanaf de aarde."

De resultaten laten zien dat het Beta Pictoris-systeem net zo goed is uitgelijnd als ons eigen zonnestelsel. Deze bevinding bevordert de verstrooiing van planeet en planeet als de oorzaak van de baanafwijkingen die worden waargenomen in meer exotische systemen met hete Jupiters.

Echter, observaties op een groot aantal planetaire systemen zullen nodig zijn om deze vraag afdoende te beantwoorden. Het team stelt een nieuw interferometrisch instrument voor waarmee ze deze metingen kunnen verkrijgen op nog veel meer planetaire systemen die op het punt staan ​​ontdekt te worden.

"Een speciaal instrument met hoge spectrale resolutie bij VLTI zou de uitlijning van de spin-baan voor honderden planeten kunnen meten, inclusief die op lange-periode banen.", zei prof. Kraus, "Dit zal ons helpen de vraag te beantwoorden welke dynamische processen de architectuur van planetaire systemen vormen."