Jau kurį laiką astronomai kėlė teoriją, kad yra ryšys tarp planetos masės ir jos sukimosi greičio.
Naudodamiesi W.M. Keck observatorija, astronomai tyrė ilgai įtartą ryšį tarp milžiniškų planetų ir rudųjų nykštukių masės ir sukinio. Nuotrauka: NASA/JPL-Caltech
Saulės sistemoje Jupiteris ir Saturnas sukasi greitai, apsisukdami maždaug per dešimt valandų, ir kartu sudaro didelę Saulės sistemos sukimosi energijos dalį. Naudodama W.M. Keck observatoriją Maunakeoje, Havajuose, astronomų komanda nutarė patikrinti šį numatytą ryšį, tyrinėdama 32 dujų milžines ir rudąsias nykštukes tolimose žvaigždžių sistemose – 6 milžines, didesnes už Jupiterį, ir 25 rudąsias nykštukes.
Didelės skiriamosios gebos spektroskopija, gauta naudojant Keck planetų vaizdų ir charakteristikų nustatymo (Keck Planet Imager and Characterizer, KPIC) prietaisą, parodė, kad dujų milžinų planetos sukasi greičiau nei jų masyvesnės atitikmenys, atsižvelgiant į masę, dydį ir amžių. Jie taip pat analizavo istorinius duomenimis apie palydovus, atlikdami sukimosi matavimus, kad sukurtų atrinktą 43 žvaigždžių/subžvaigždinių palydovų ir milžiniškų planetų bei 54 laisvai skraidančių rudųjų nykštukų ir planetinės masės objektų imtį.
Komandai vadovavo mokslininkai iš Šiaurės vakarų universiteto Tarpdisciplininių astrofizikos tyrinėjimų ir tyrimų centro (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics, CIERA), Kalifornijos universiteto San Diege Astrofizikos ir kosmoso mokslų centro (Center for Astrophysics and Space Sciences, CASS), Kalifornijos technologijos instituto Geologijos ir planetarinių mokslų skyriaus (Division of Geological & Planetary Sciences, GPS), V. M. Kecko observatorijos, Stewardo observatorijos, Džeimso C. Vajanto optikos mokslų koledžo, NASA reaktyvinio judėjimo laboratorijos ir kelių universitetų. Jų išvadas aprašantis tyrimas paskelbtas žurnale „The Astronomical Journal“.
Daugelis šiame tyrime stebėtų planetų skrieja aplink savo žvaigždes dešimčių ar šimtų astronominių vienetų (AU) atstumu – atstumu tarp Žemės ir Saulės. Astronomai vis dar diskutuoja, kaip susidaro tokie tolimi pasauliai – ar tai laipsniškas procesas aplinkžvaigždiniame diske, ar gravitacinis kolapsas, panašus į žvaigždžių. Tyrimui komanda panaudojo KPIC, kad išskirtų šviesą iš šių besisukančių planetų.
Dujų milžinės egzoplaneta (kairėje) ir masyvesnė rudoji nykštukė (dešinėje) HR 8799 sistemoje. Nuotraukos autorius: W.M. Kecko observatorija.
Analizuodami šiuos ypatumus, mokslininkai galėjo nustatyti, kaip greitai sukasi planeta. Pagrindinis autorius Dino Chih-Chun Hsu, Šiaurės vakarų universiteto CIERA tyrėjas W.M. Kecko observatorijoje, teigė: „Sukinys yra planetos formavimosi fosilijų įrašas. Matuodami, kaip greitai šie pasauliai sukasi, galime pradėti dėlioti fizinius procesus, kurie juos suformavo prieš dešimtis ar šimtus milijonų metų. Naudodami KPIC, galime aptikti šiuos mažyčius signalus, kurie atskleidžia planetos sukimąsi aplink kitas netoliese esančias žvaigždes. Mūsų rezultatai rodo, kad tiek planetos masė, tiek planetos masės ir jos žvaigždės masės santykis turi įtakos tam, kaip greitai planeta sukasi. Tai padeda mums susiaurinti šių sistemų formavimosi fiziką.“
Šį sudėtingą ryšį iliustruoja viena planeta ir viena rudoji nykštukė. Sistemoje HR 8799 yra dujų milžinė, kurios masė yra maždaug septynis kartus didesnė už Jupiterį, ir kuri sukasi šešis kartus greičiau nei rudoji nykštukė toje pačioje sistemoje, kurios masė yra 24 kartus didesnė už Jupiterį. Tai galima paaiškinti planetos magnetinio lauko sąveika jos formavimosi metu ir aplink planetą esančiu disku, dėl kurio ji prarado sukimosi greitį.
Iš esmės, masyvesnio palydovo sukimasis sulėtėjo, nes jo magnetinis laukas buvo daug stipresnis. Šio dydžio, masės ir sukimosi santykio supratimas taip pat padeda mokslininkams daugiau sužinoti apie mūsų Saulės sistemos istoriją.
Hsu sakė: „Tai, kaip kampinis momentas pasiskirsto tarp planetų, daro įtaką bendrai planetų sistemos architektūrai. Net Žemės sukimasis ir magnetinis laukas galiausiai yra susiję su tuo, kaip tas sukimosi momentas buvo paskirstytas, kai susiformavo Saulės sistema. KPIC yra pirmasis tokio pobūdžio instrumentas, atveriantis visiškai naują būdą tirti egzoplanetas. Jis leido mums išmatuoti tokias savybes kaip sukimasis, kurių anksčiau buvo beveik neįmanoma aptikti.“
Tyrimų komanda planuoja išplėsti savo tyrimus, tirdama laisvai skraidančių planetų (FFP), dar vadinamų „klajojančiomis planetomis“, sukinius. Jie taip pat tikisi ištirti šių planetų atmosferų sudėtį. Tam padės naujos kartos prietaisai, tokie kaip būsimas Kecko observatorijos HISPEC (didelės skiriamosios gebos infraraudonųjų spindulių spektrografas egzoplanetų charakterizavimui, High-resolution Infrared Spectrograph for Exoplanet Characterization), kuris pradės veikti 2027 m. Kaip paaiškino Hsu, HISPEC išplės šiuos matavimus į dar mažesnius ir tolimesnius pasaulius.
Jasonas Wangas, Šiaurės vakarų universiteto docentas ir tyrimo bendraautoris, sakė: „Mes pasinaudojome KPIC patirtimi ir pritaikėme ją HISPEC, kuris turės geresnį jautrumą, didesnę spektrinę skiriamąją gebą ir platesnį bangos ilgio aprėptį. Su HISPEC galėsime smarkiai padidinti planetų, kurių sukinius galime išmatuoti, skaičių, o ypač galėsime tyrinėti planetas, esančias arčiau mūsų Jupiterio dydžio, kad pamatytume, ar mūsų Jupiteris yra tipiškas.“
„Mes tik pradedame tyrinėti, ką mums gali pasakyti planetų sukinys“, – sakė Hsu. „Su būsimais prietaisais ir didesniais teleskopais galėsime išmatuoti dar daugiau pasaulių sukinius ir susieti sukimosi, chemijos ir formavimosi istoriją visose planetų sistemose.“
Publication details
Chih-Chun Hsu et al, Distinct Rotational Evolution of Giant Planets and Brown Dwarf Companions, The Astronomical Journal (2026). DOI: 10.3847/1538-3881/ae434b
Klajojančių egzoplanetų orbitoje esantys mėnuliai galėtų būti tinkami gyvybei – su viena išlyga
„Mokslo sriuba“: VU mokslininkai tiria žvaigždes, aplink kurias galimai skrieja egzoplanetos
VU fizikai atrado naujo tipo magnetinį lauką