Hvis planeter dannes fra en enorm roterende sky af gas, med en central stjerne, der spinder i midten, hvordan kommer en planet til bane i en retning overfor sin stjerne?
Astronomer har opdaget mere end 500 ekstrasolære planeter - planeter, der kredser rundt om andre stjerner end solen - siden 1995. Men først i de sidste par år har astronomer observeret, at - i nogle af disse systemer - stjernen drejer en vej, og planeten kredser rundt i den modsatte retning. Det virker mærkeligt, da planeter menes at danne sig fra enorme roterende skyer af gas og støv, med en lignende roterende stjerne i midten.
Kendte stjerner, der gør dette, er "hot Jupiters" - enorme planeter så store som den største planet i vores solsystem - men kredser meget tæt på deres centrale stjerne. Detaljer om en undersøgelse, der forklarer fænomenet, vises 12. maj 2011 i tidsskriftet Natur.
Kunstnerens indtryk af en varm Jupiter. Billedkredit: NASA
Frederic A. Rasio, en teoretisk astrofysiker ved Northwestern University, er seniorforfatter af papiret. Han sagde:
Det er virkelig underligt, og det er endnu underligt, fordi planeten er så tæt på stjernen. Hvordan kan man rotere den ene vej og den anden kredsende nøjagtigt den anden vej? Det er vanvittigt. Det er så åbenlyst i strid med vores mest grundlæggende billede af planet- og stjernedannelse.
At finde ud af, hvordan disse enorme planeter kom så tæt på deres stjerner, førte Rasio og hans forskerteam til at udforske deres vippede bane. Ved hjælp af storskala computersimuleringer er de de første til at modellere, hvordan en varm Jupiters bane kan vende og gå i den modsatte retning af stjernens omdrejningspunkt. Tyngdepunktforstyrrelser fra en langt fjernere planet kan resultere i, at den varme Jupiter både har en "forkert måde" og en meget tæt bane ifølge disse simuleringer.
Når du først har fået mere end en planet, forstyrrer planeterne hinanden gravitationsmæssigt. Dette bliver interessant, fordi det betyder, uanset hvilken bane de blev dannet på ikke nødvendigvis er den bane, de vil forblive på for evigt. Disse gensidige forstyrrelser kan ændre bane, som vi ser i disse ekstrasolære systemer.
Når de forklarer den særegne konfiguration af et ekstrasolært system, har forskerne også tilføjet vores generelle forståelse af dannelse og udvikling af planetarisk system og reflekteret over, hvad deres fund betyder for vores solsystem, der består af vores sol, jord og andre planeter.
Vi havde troet, at vores solsystem var typisk i universet, men fra dag ét har alt set underligt ud i de ekstrasolære planetariske systemer. Det gør os til oddball, virkelig. At lære om disse andre systemer giver en ulempe for, hvor specielt vores system er. Vi ser bestemt ud til at bo på et specielt sted.
Den fysik, som forskerteamet brugte til at løse problemet, er dybest set orbitalmekanik, sagde Rasio - den samme type fysik, som NASA bruger til satellitter omkring solsystemet.
Smadar Naoz, en postdoktor ved Northwestern og en Gruber Fellow, sagde:
Det var et smukt problem, fordi svaret var der for os så længe. Det er den samme fysik, men ingen bemærkede, at det kunne forklare hotte Jupiters og vippede bane.
Rasio tilføjet:
Det var hverken åbenlyst eller let at udføre beregningerne. Nogle af de tilnærmelser, som andre brugte i fortiden, var virkelig ikke helt rigtige. Vi gjorde det rigtigt for første gang på 50 år, stort set takket være Smadars vedholdenhed. Det tager en smart, ung person, der først kan udføre beregningerne på papir og udvikle en fuld matematisk model og derefter omdanne den til et computerprogram, der løser ligningerne. Dette er den eneste måde, vi kan producere reelle tal til at sammenligne med de faktiske målinger, der er foretaget af astronomer.
I deres model antager forskerne en stjerne, der ligner solen, og et system med to planeter. Den indre planet er en gasgigant, der ligner Jupiter, og oprindelig er den langt fra stjernen, hvor planeter af Jupiter-typen antages at danne. I dette simulerede system er den ydre planet også ret stor og er længere væk fra stjernen end den første planet. Det interagerer med den indre planet, forstyrrer den og ryster op i systemet.
Virkningerne på den indre planet er svage, men bygger sig op over en meget lang periode, hvilket resulterer i to betydelige ændringer i systemet. For det første begynder den indre gasgigant, der kredser meget tæt på sin stjerne. For det andet går planetens bane i den modsatte retning af den centrale stjernespind. Ændringerne sker i henhold til modellen, fordi de to baner udveksler vinkelmoment, og den indre mister energi via stærke tidevand.
Tyngdekoblingen mellem de to planeter får den indre planet til at gå ind i en excentrisk, nåleformet bane. Det er nødt til at miste meget vinkelmoment, hvilket det gør ved at dumpe det på den ydre planet. Den indre planets kredsløb krymper gradvist, fordi energi spredes gennem tidevand, trækker tæt på stjernen og producerer en varm Jupiter. I processen kan planetens bane vippe.
Kun cirka en fjerdedel af astronomernes observationer af disse varme Jupiter-systemer viser omvendte bane. Den nordvestlige model skal være i stand til at producere både vippede og ikke-vippede bane, og det gør den, sagde Rasio.
Nederste linje: En undersøgelse, der forklarer de vippede bane fra varme Jupiter-lignende planeter, vises 12. maj i tidsskriftet Natur. Et forskerteam fra det nordvestlige universitet brugte orbitalmekanik til at forklare fænomenet. Deres arbejde viser, at vores eget solsystem fungerer som unikt.