Ученые определили скорость вращения экзопланеты Бета Живописца b

Спектроскопические наблюдения молодой экзопланеты позволили измерить скорость ее вращения вокруг своей оси.

Отраженный и излучаемый большинством экзопланет свет теряется в более ярком свете их звезд, что затрудняет их непосредственное обнаружение и исследование. Значительная часть обнаруженных на данный момент экзопланет были открыты методом транзитной фотометрии – слежением за изменением яркости звезд, вызванным проходом по диску этих звезд обращающихся вокруг них планет. Лишь несколько газовых гигантов были обнаружены путем их непосредственного наблюдения, к их числу относится экзопланета Бета Живописца b.

Система Бета Живописца очень молода, ее возраст оценивается в лишь около 20 млн лет (возраст Солнечной системы 4,5 млрд лет). Звезда Бета Живописца видна на небе невооруженным взглядом, она находится в 63 световых годах от Солнечной системы. Планета Бета Живописца b была открыта в 2008 году. Согласно прямым наблюдениям, планета обращается вокруг своей звезды на расстоянии 8-9 а.е. (1 астрономическая единица – это среднее расстояние от Земли до Солнца), делая полный оборот за 17-20 лет.

Свет может быть разложен на составляющие его волны различной длины – спектр. Каждый источник света имеет определяемую его химическим составом спектральную подпись – линии поглощения/излучения. Если источник света движется относительно наблюдателя, возникает эффект Доплера – изменение длины волны в синюю (при движении к наблюдателю) или красную сторону (при движении от него).

 Исследования выполнены в Европейской южной обсерватории (ESO) на Очень большом телескопе (Very Large Telescope). Наблюдения позволили использовать разнесение в пространстве и различия в спектральной подписи между звездой и планетой для выделения света, идущего непосредственно от планеты.     
Ученые установили доплеровское смещение линий углерода в спектре планеты относительно аналогичных в спектре звезды, что позволило оценить скорость движения планеты по орбите – около 15 км/c. Спектр планеты сдвинут в синюю сторону, она движется по направлению к нам. Установленная величина скорости согласуется с данными по орбите и периоду обращения планеты.

Вращение планеты вокруг своей оси приводит к уменьшению глубины и расширению спектральных линий: половина планеты движется по направлению к наблюдателю, сдвигая спектральные линии в синюю сторону, половина – от наблюдателя, вызывая красное смещение. Вычисленная на основе данного явления скорость экваториального вращения оказалась равной 25 км/c (в два раза больше, чем у Юпитера).

Столь высокая скорость вращения Бета Живописца b согласуется с обнаруженной в Солнечной системе закономерностью: чем выше масса планеты, тем выше скорость экваториального вращения. Из этого правила есть лишь два исключения – Меркурий и Венера, что объясняется их гравитационным взаимодействием с Солнцем. Бета Живописца b продолжает остывать и сокращаться в размерах, в следующие несколько сотен миллионов лет планета уменьшится до размеров Юпитера. Если в течение этого процесса планета сохранит свой текущий момент импульса, то скорость экваториального вращения в итоге составит около 40 км/с (в зависимости от изменений внутренней структуры планеты). Эта величина прекрасно ложится на обозначенный Солнечной системой тренд.

Несмотря на то, что радиус планеты не был измерен непосредственно, например, при транзите планеты, моделирование на основе снимков в различных диапазонах дает оценку радиуса Бета Живописца b в 1,65 радиуса Юпитера. Учитывая текущую скорость экваториального вращения, это означает, что полный оборот вокруг своей оси планета делает приблизительно за 8 часов.

Исследователи рассчитывают, что использованный ими метод однажды позволит картировать  планеты. Большие надежды возлагаются на Европейский сверхбольшой телескоп с диаметром главного зеркала в 39 метров, который должен увидеть свой первый свет в 2020 году.

«Мы сможем создавать карты даже для планет гораздо меньших размеров, чем Бета Живописца b», – заявил Бернгард Брандль, один из авторов опубликованной сегодня работы.
По материалам Nature (1, 2) и ESO.