De um comunicado de imprensa do Telescópio Subaru e do Observatório Astronômico Nacional do Japão:
Uma equipe de pesquisa liderada por astrônomos da Universidade de Tóquio e do Observatório Astronômico Nacional do Japão (NAOJ) descobriu que órbitas inclinadas podem ser mais típicas do que raras para sistemas exoplanetários - aqueles fora do nosso sistema solar. Suas medições dos ângulos entre os eixos de rotação da estrela (eixo rotacional estelar) e a órbita do planeta (eixo orbital planetário) dos exoplanetas HAT-P-11b e XO-4b demonstram que as órbitas desses exoplanetas são altamente inclinadas. É a primeira vez que os cientistas medem o ângulo de um planeta pequeno como o HAT-P-11 b. As novas descobertas fornecem importantes indicadores observacionais para testar diferentes modelos teóricos de como as órbitas dos sistemas planetários evoluíram.
Desde a descoberta do primeiro exoplaneta em 1995, os cientistas identificaram mais de 500 exoplanetas, planetas fora do nosso sistema solar, quase todos planetas gigantes. A maioria desses exoplanetas gigantes orbita de perto suas estrelas hospedeiras, ao contrário dos planetas gigantes do nosso sistema solar, como Júpiter, que orbitam o Sol à distância. As teorias aceitas propõem que esses planetas gigantes originalmente se formaram a partir de materiais abundantes formadores de planetas longe de suas estrelas hospedeiras e depois migraram para seus atuais locais próximos. Diferentes processos de migração foram sugeridos para explicar os exoplanetas gigantes próximos.
Os modelos de interação disco-planeta de migração se concentram nas interações entre o planeta e seu disco protoplanetário, o disco a partir do qual ele se formou originalmente. Às vezes, essas interações entre o disco protoplanetário e o planeta em formação resultam em forças que fazem o planeta cair em direção à estrela central. Este modelo prevê que o eixo de rotação da estrela e o eixo orbital do planeta estejam alinhados um com o outro.
Os modelos de interação planeta-planeta de migração se concentraram em dispersões mútuas entre planetas gigantes. A migração pode ocorrer a partir da dispersão do planeta, quando vários planetas se dispersam durante a criação de dois ou mais planetas gigantes dentro do disco protoplanetário. Enquanto alguns dos planetas se dispersam do sistema, o mais interno pode estabelecer uma órbita final muito próxima da estrela central. Outro cenário de interação planeta-planeta, a migração de Kozai, postula que a interação gravitacional de longo prazo entre um planeta gigante interno e outro objeto celeste, como uma estrela companheira ou um planeta gigante externo ao longo do tempo, pode alterar a órbita do planeta, aproximando um planeta interior para a estrela central. As interações de migração planeta-planeta, incluindo a dispersão planeta-planeta e a migração Kozai, poderiam produzir uma órbita inclinada entre o planeta e o eixo estelar.
No geral, a inclinação dos eixos orbitais dos planetas próximos em relação aos eixos de rotação das estrelas hospedeiras surge como uma base observacional muito importante para apoiar ou refutar os modelos de migração nos quais as teorias da evolução orbital se concentram. Um grupo de pesquisa liderado por astrônomos da Universidade de Tóquio e do NAOJ concentrou suas observações com o telescópio Subaru na investigação dessas inclinações para dois sistemas conhecidos por terem planetas: HAT-P-11 e XO-4. O grupo mediu o efeito Rossiter-McLaughlin (daqui em diante, RM) dos sistemas e encontrou evidências de que seus eixos orbitais se inclinam em relação aos eixos de rotação de suas estrelas hospedeiras.
O efeito RM refere-se a aparentes irregularidades na velocidade radial ou na velocidade de um objeto celeste na linha de visão do observador durante trânsitos planetários. Diferentemente das linhas espectrais que geralmente são simétricas em medidas de velocidade radial, aquelas com o efeito RM se desviam para um padrão assimétrico (veja a Figura 1). Essa aparente variação na velocidade radial durante um trânsito revela o ângulo projetado pelo céu entre o eixo de rotação estelar e o eixo orbital planetário. O Telescópio Subaru participou de descobertas anteriores do efeito RM, que os cientistas investigaram por aproximadamente trinta e cinco sistemas exoplanetários até agora.
Em janeiro de 2010, uma equipe de pesquisa liderada pelos astrônomos da atual equipe da Universidade de Tóquio e o Observatório Astronômico Nacional do Japão usaram o Telescópio Subaru para observar o sistema planetário XO-4, a 960 anos-luz de distância da Terra na região do Lynx . O planeta do sistema é cerca de 1,3 vezes maior que Júpiter e tem uma órbita circular de 4,13 dias. Sua detecção do efeito RM mostrou que o eixo orbital do planeta XO-4 b se inclina para o eixo de rotação da estrela hospedeira. Somente o telescópio Subaru mediu o efeito RM para este sistema até agora.
Em maio e julho de 2010, a atual equipe de pesquisa realizou observações direcionadas do sistema exoplanetário HAT-P-11, que fica a 130 anos-luz de distância da Terra em direção à constelação de Cygnus. O planeta do tamanho de Netuno, HAT-P-11b, orbita sua estrela hospedeira em uma órbita não circular (excêntrica) de 4,89 dias e está entre os menores exoplanetas já descobertos. Até essa pesquisa, os cientistas haviam detectado apenas o efeito da RM em planetas gigantes. A detecção do efeito RM para planetas de tamanho menor é desafiadora porque o sinal do efeito RM é proporcional ao tamanho do planeta; quanto menor o planeta em trânsito, mais fraco o sinal.
; A equipe aproveitou o enorme poder de coleta de luz do espelho de 8,2 m do telescópio Subaru, bem como a precisão de seu espectrômetro de alta dispersão. Suas observações não apenas resultaram na primeira detecção do efeito RM de um exoplaneta menor do tamanho de Netuno, mas também forneceram evidências de que o eixo orbital do planeta se inclina ao eixo de rotação estelar em aproximadamente 103 graus no céu. Um grupo de pesquisa nos EUA usou o telescópio Keck e fez observações independentes do efeito de RM do mesmo sistema em maio e agosto de 2010; seus resultados foram semelhantes aos das observações da equipe da Universidade de Tóquio / NAOJ em maio e julho de 2010.
As observações da equipe atual sobre o efeito RM para os sistemas planetários HAT-P-11 e XO-4 mostraram que eles têm órbitas planetárias altamente inclinadas para os eixos de rotação de suas estrelas hospedeiras. Os últimos resultados observacionais sobre esses sistemas, incluindo aqueles obtidos independentemente das descobertas aqui relatadas, sugerem que essas órbitas planetárias altamente inclinadas podem existir no universo. O cenário de migração planeta-planeta, causado pela dispersão planeta-planeta ou pela migração de Kozai, em vez do cenário disco-planeta, poderia explicar sua migração para os locais atuais.
No entanto, as medidas do efeito RM para sistemas individuais não podem discriminar decisivamente entre os cenários de migração. A análise estatística pode ajudar os cientistas a determinar qual processo de migração, se houver, é responsável pelas órbitas altamente inclinadas dos planetas gigantes. Como diferentes modelos de migração prevêem diferentes distribuições do ângulo entre o eixo estelar e a órbita planetária, o desenvolvimento de uma grande amostra do efeito RM permite que os cientistas apoiem o processo de migração mais plausível. A inclusão das medidas do efeito de RM para um planeta de tamanho pequeno como o HAT-P-11b na amostra terá um papel importante nas discussões dos cenários de migração planetária.
Muitos grupos de pesquisa estão planejando fazer observações do efeito RM com telescópios ao redor do mundo. A equipe atual e o Telescópio Subaru desempenharão um papel integral nas investigações que estão por vir. Observações contínuas dos sistemas exoplanetários em trânsito contribuirão para o entendimento da história de formação e migração de sistemas planetários em um futuro próximo.
