Pressmeddelande

Uppmätt för första gången: Längden på en exoplanets dygn

VLT mäter hur fort Beta Pictoris b snurrar

30 april 2014

Observationer med ESO:s Very Large Telescope (VLT) har för första gången gjort det möjligt att bestämma hur snabbt en exoplanet roterar. De nya mätningarna visar att planeten Beta Pictoris b har ett dygn på bara åtta timmar. Den roterar mycket snabbare än någon av planeterna i vårt solsystem – dess ekvator rör sig med nästan 100 000 kilometer i timmen. Sambandet mellan massa och rotation som råder i vårt solsystem tycks därmed gälla även för större planeter. Med liknande metoder kommer astronomer kunna använda det framtida jätteteleskopet E-ELT (Europeiska Extremely Large Telescope) för att göra detaljerade kartor över exoplaneter.

Exoplaneten Beta Pictoris b ligger i omloppsbana kring stjärnan Beta Pictoris [1], [2], som ligger omkring 63 ljusår från jorden. Från sydliga breddgrader går den att se med blotta ögat i stjärnbilden Målaren. Planeten upptäcktes för nästan sex år sedan och var en av de första exoplaneter som man kunde avbilda direkt. Den ligger i omloppsbana kring sin värdstjärna på ett avstånd på bara åtta gånger avståndet mellan jorden och solen (eso1024), och är därmed den exoplanet som ligger närmast sin värdstjärna som har kunnat avbildas direkt [3].

Med hjälp av instrumentet CRIRES på VLT har ett team holländska astronomer från Leidens universitet och Nederländernas institut för rymdforskning (SRON) nu upptäckt att exoplaneten Beta Pictoris b har en rotationshastighet vid ekvatorn på nästan 100 000 kilometer i timmen. Som jämförelse har Jupiters ekvator en hastighet på omkring 47 000 km i timmen [4], medan jordens ekvator bara rör sig med 1 700 km i timmen [5]. Beta Pictoris b är mer än 16 gånger större än jorden och har en massa 3 000 gånger större än jordens. Trots det är ett dygn på planeten bara 8 timmar långt.

Remco de Kok är medförfattare till artikeln.

– Man vet inte varför vissa planeter snurrar fort och andra långsammare, men denna första mätning av en exoplanets rotation visar att trenden i solsystemet med att stora planeter snurrar snabbare stämmer även för exoplaneter. Detta måste bero på någon allmängiltig princip för hur planeter bildas.

Beta Pictoris b är en mycket ung planet, bara omkring 20 miljoner år gammal (i jämförelse med jordens 4,5 miljarder år) [6]. I framtiden väntas exoplaneten svalna av och krympa, vilket kommer att få den att snurra ännu snabbare [7]. Men andra processer kan också påverka planetens rotationshastighet framöver. Till exempel så avtar jordens rotation på grund av tidvattenkrafter från månen.

Astronomerna använde sig av en mycket noggrann metod som kallas högdispersionsspektroskopi för att dela upp ljuset i färgerna som det består av – olika våglängder i spektrumet. Tack vare den så kallade dopplereffekten kunde forskarna använda förändringar i våglängd för att upptäcka att olika delar av planeten rörde sig med olika hastighet och i motsatt riktning i förhållande till oss på jorden. Genom att mycket noggrant ta bort signalen från den mycket ljusstarkare värdstjärnan kunde de uppmäta tydliga tecken på planetens rotation.

Artikelns förstaförfattare Ignas Snellen förklarar.

– Vi har mätt våglängden för planetens strålning med en noggrannhet motsvarande en del på hundratusen. Mätningarna blir då tillräckligt känsliga för att märka av dopplereffekten, som kan användas för att mäta himlakroppars hastighet. Med denna teknik ser vi att olika delar av planetens yta rör sig mot oss eller bort från oss med olika hastighet, något som bara kan betyda att planeten roterar runt sin egen axel, säger han.

Metoden är nära besläktad med den metod för att framställa bilder med hjälp av dopplereffekten som använts i flera årtionden för att kartlägga stjärnors yta, och nyligen även för en brun dvärgs yta [8] – Luhman 16B (eso1404). Beta Pictoris b:s höga rotationshastighet innebär att det i framtiden kommer att bli möjligt att göra en global karta av planeten som skulle kunna visa molnmönster och stora stormar.

Bernhard Brandl är medförfattare till artikeln och projektledare för instrumentet Mid-infrared E-ELT Imager and Spectrograph (METIS).

– Den här metoden kan användas på ett mycket större urval av exoplaneter med E-ELT:s utsökta upplösning och känslighet tillsammans med en tredimensionell högdispersions-spektrograf. Med METIS, som är i planeringsstadiet, så kommer vi att med den här metoden kunna göra globala kartor av exoplaneter och ta reda på egenskaper för planeter som är mycket mindre än Beta Pictoris b, säger han.

Noter

[1] Beta Pictoris har många andra namn, till exempel HD 39060, SAO 234134 och HIP 27321.

[2] Beta Pictoris är en av de mer välkända exemplen på en stjärna som omges av en dammig fragmentskiva. Man vet nu att skivan sträcker ut sig till ett avstånd på ungefär 1000 gånger avståndet mellan jorden och solen. Tidigare observationer av Beta Pictoris planet har diskuterats i eso0842, eso1024 och eso1408.

[3] Observationerna använder sig av adaptiv optik, en metod som kompenserar för jordens atmosfäriska turbulens. Atmosfären kan förvränga till och med bilder som tas på de platser i världen som är bäst lämpade för astronomiska observationer. Metoden gör att astronomer kan skapa superskarpa bilder, nästan så bra som de som tas från rymden.

[4] Eftersom Jupiter inte har någon fast yta som man kan bestämma rotationshastigheten för har vi här angett rotationshastigheten för dess atmosfär vid ekvatorn, som är 47 000 km i timmen.

[5] Jordens rotationshastighet vid ekvatorn är 1674,4 km i timmen.

[6] Tidigare mätningar har indikerat att planetsystemet skulle vara ännu yngre.

[7] Detta är en följd av rörelsemängdsmomentets bevarande, och det är samma effekt som gör att en snurrande skridskoåkare snurrar snabbare när hon drar in sina armar mot kroppen.

[8] Bruna dvärgar kallas ofta “misslyckade stjärnor”, eftersom de till skillnad från solen aldrig kan bli så varma att de triggar fusionsreaktioner.

Mer information

Forskningen presenterades i artikeln “Fast spin of a young extrasolar planet” av I. Snellen m. fl., och kommer att publiceras i tidskriften Nature den 1 maj 2014.

Teamet består av Ignas A. G. Snellen (Leidens observatorium, Leidens universitet, Leiden, Nederländerna), Bernhard Brandl (Leidens observatorium), Remco J. de Kok (Leidens observatorium, SRON Nederländernas institut för rymdforskning, Utrecht, Nederländerna), Matteo Brogi (Leidens observatorium), Jayne Birkby (Leidens observatorium) och Henriette Schwarz (Leidens observatorium).

ESO, Europeiska sydobservatoriet, är Europas främsta samarbetsorgan för astronomisk forskning och världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det stöds av 15 länder: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrike, Italien, Nederländerna, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop: VISTA, som observerar infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop, samt VST, det största teleskopet som konstruerats för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO bidrar dessutom till ALMA, ett revolutionerande astronomiskt teleskop och världens hittills största astronomiska projekt. ESO planerar för närvarande bygget av det europeiska extremt stora 39-metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• Forskningsartikeln
• Foton på VLT
• Foton på CRIRES
• Instrumentet CRIRES på VLT
• Mer om METIS: A Mid-Infrared E-ELT Imager and Spectrograph

Kontakter

Ignas Snellen
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Tel: +31 71 52 75 838
Mobil: +31 63 00 31 983
E-post: snellen@strw.leidenuniv.nl

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-post: rhook@eso.org

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1414 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.