In unserem Sonnensystem haben die Planetenbahnen alle eine ähnliche Ausrichtung. Ihre Bahnebenen variieren um ein paar Grad, aber ungefähr kreisen die Planeten alle in der gleichen Richtung. Diese unveränderliche Ebene, wie sie bekannt ist, hat auch eine Ausrichtung innerhalb weniger Grad von der Rotationsebene der Sonne. Die meisten Planetensysteme haben eine ähnliche Anordnung, bei der Planetenumlaufbahnen und Sternrotation grob aufeinander abgestimmt sind, aber einige Exoplaneten widersetzen sich diesem Trend, und wir sind uns nicht ganz sicher, warum.
Eine gemeinsame Ausrichtung innerhalb eines Planetensystems ist sinnvoll, wenn man bedenkt, wie sich Planetensysteme bilden. Die protostellare Wolke, aus der sich ein Stern und seine Planeten bilden, hat normalerweise einen gewissen Eigenrotationsimpuls. Wenn ein Stern zu verschmelzen beginnt, bildet sich um den Stern herum eine protoplanetare Scheibe. Da sich die Planeten innerhalb dieser Scheibe bilden, haben sie alle ähnliche Umlaufbahnen. Bei Doppel- oder Mehrsternsystemen können die Dinge komplizierter sein, aber Sie würden erwarten, dass Einstern-Planetensysteme eine unveränderliche Ebene ähnlich unserer haben. Dies gilt jedoch nicht für ein Planetensystem namens WASP-131, wie eine aktuelle Studie zeigt.
Es ist bekannt, dass WASP-131 mindestens einen Planeten hat, 131b. Es ist ein heißer Gasplanet mit einer etwas geringeren Masse als Saturn, der alle fünf Tage 131 umkreist. Frühere Studien von 131b fanden den Planeten aufgrund seiner dicken Atmosphäre ungewöhnlich. Obwohl seine Masse nur ein Viertel der von Jupiter beträgt, ist sein Durchmesser 20 % größer als der von Jupiter. 131b hat für einen Gasplaneten eine so geringe Dichte, dass er als Super-Puff-Planet bekannt ist.
Der Planet wurde im Transitverfahren entdeckt, das heißt, er zieht aus unserer Sicht vor seinem Stern vorbei. Es ist eine effektive Möglichkeit, Exoplaneten zu finden, aber es kann auch verwendet werden, um die Rotationsbewegung des Sterns zu überprüfen. Aufgrund der Sternrotation ist Licht, das aus dem Bereich des Sterns kommt, der sich auf uns zu dreht, leicht blauverschoben, und Licht aus dem Bereich, der sich von uns weg dreht, ist leicht rotverschoben.
Das bedeutet, dass die Spektrallinien des Sterns etwas verschwommen sind. Der Effekt ist als Doppler-Verbreiterung bekannt. Wenn der Planet vor dem Stern vorbeizieht, blockiert er abwechselnd einen Teil der blauverschobenen und rotverschobenen Regionen. Dadurch verschieben sich die Spektrallinien des Sterns etwas. Dieser sogenannte Rossiter-McLaughlin-Effekt ermöglicht es Astronomen, die Ausrichtung der Sternrotation zu messen.
Als das Team die Rotation von WASP-131 analysierte, stellte es fest, dass sie der ihres Planeten nicht ähnlich war. Die Umlaufbahn von 131b ist um etwa 160 Grad von der Rotationsebene des Sterns geneigt, was bedeutet, dass er sich in einer hohen, fast polaren rückläufigen Umlaufbahn befindet. Dies wirft natürlich die Frage auf, wie der Planet eine so seltsame Umlaufbahn bekommen konnte.
Eine Idee ist ein Prozess, der als Kozai-Effekt bekannt ist. Dynamische Wechselwirkungen zwischen dem Planeten, seinem Stern und anderen Planeten im System können dazu führen, dass sich die Umlaufbahn vom unveränderlichen Planeten weg verschiebt. Wir sehen dies in unserem eigenen Sonnensystem mit Pluto und Neptun, was Plutos Umlaufbahn im Laufe der Zeit geneigt hat. Der Kozai-Effekt ist jedoch bei kleineren Planeten ausgeprägter, und die Wechselwirkung zwischen Planet und Stern allein reicht nicht aus, um eine derart geneigte Umlaufbahn zu erklären. Eine andere Möglichkeit ist eine magnetische Wechselwirkung zwischen dem Planeten und der protoplanetaren Scheibe zu Beginn ihrer Entstehungszeit.
Obwohl der Mechanismus hinter der ungeraden Umlaufbahn nicht klar ist, folgt er einem Muster, das bei vielen Heißgas-Exoplaneten zu sehen ist. Etwa ein Viertel von ihnen hat deutlich geneigte Umlaufbahnen. Es scheint, dass diese Planeten manchmal weit aus der Reihe geraten.
Die Studie erscheint auf der arXiv Preprint-Server.
Mehr Informationen:
L. Doyle et al, WASP-131 b mit ESPRESSO I: Ein aufgeblähter Sub-Saturn auf einer polaren Umlaufbahn um einen unterschiedlich rotierenden sonnenähnlichen Stern, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2304.12163