Csillag-bolygó: árapály-perturbált pulzációt figyeltek meg magyar kutatók

Az Eötvös Loránd Tudományegyetem (ELTE) Gothard Asztrofizikai Obszervatóriuma, a Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont (CSFK), a Szegedi Tudományegyetem (SZTE) és az MTA-ELTE Exobolygórendszerek Kutatócsoport munkatársai Kálmán Szilárd (ELTE) vezetésével egy hónapon át folyamatosan figyelték a WASP-33 jelű, Delta Scuti típusú pulzáló változócsillagot és annak 2,1 jupitertömegű bolygóját, amely 1,2 nap alatt kerüli meg a csillagot. A magyar kutatóknak sikerült kimutatni, hogy a WASP-33b exobolygó gerjeszti és részben elhangolja a csillag pulzációját. Ez az első eset, amikor ilyen jelenséget csillag-bolygó rendszerben sikerült megfigyelni és statisztikailag alátámasztani. Az eredményeket összefoglaló tanulmány az Astronomy & Astrophysics című rangos nemzetközi folyóiratban jelent meg.

A Napnál nagyobb tömegű és forróbb, WASP-33 jelű fiatal fősorozati csillag bolygóméretű kísérőjét a SuperWASP (Wide Angle Search for Planets ‒ Nagy Látószögű Bolygókeresés) program során fedezték fel még 2006-ban. A WASP-33b ‒ a Naprendszer bolygóival ellentétben ‒ nem a csillag egyenlítői síkjában kering, hanem arra majdnem merőleges, polárishoz közeli pályán. A központi csillag nagyon gyorsan forog a saját tengelye körül, ezért alakja ellapulttá vált, fényessége pedig a Delta Scuti típusú, többmódusú pulzáció következtében gyorsan és látványosan változik.

A bolygó és a csillag kölcsönhatásainak megfelelő elemzéséhez nagy pontosságú és folyamatos megfigyelésekre van szükség, ami csak űrfotometriára képes teleszkópokkal lehetséges. Az egyik jelenleg is üzemelő ilyen űreszköz a TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite ‒ Tranzitáló Exobolygókat Megfigyelő Műhold), amelynek a WASP-33 rendszerről körülbelül egy hónap alatt készített mérései képezték az analízis alapját. A legtöbb ma is ismert exobolygó felfedezése azon a jelenségen alapul, hogy amikor egy bolygó elhalad a csillaga előtt, részben eltakarva azt, a csillag mért fényessége jellegzetes módon kismértékben csökken. Az ilyen, csillaguk előtt átvonuló bolygókat nevezzük tranzitáló exobolygóknak. A most megfigyelt esetben erre a hatásra rakódik rá a csillagpulzáció, ráadásul a gyors forgás következtében úgynevezett gravitációs sötétedés is jelentkezik, ezért a csillag pólusait az egyenlítőnél jelentősen (1000-1500 kelvinnel) forróbbnak látjuk. A kutatóknak ennek köszönhetően sikerült megállapítani, hogy a vizsgált csillag forgástengelye és a WASP-33b pályája nagyjából merőlegesek egymásra. A bolygó tranzitja így az egyenetlen hőmérséklet-eloszlású csillagfelszín előtt történik, ami aszimmetrikus fényváltozást okoz. A tranzitok, a pulzáció és a gravitációs sötétedés egyidejű elemzése mostanáig csak a WASP-33 rendszerre vonatkozóan valósult meg.

A pulzáció elemzéséhez a kutatóknak különböző amplitúdójú és frekvenciájú szinuszos jelek összegére kellett azt bontani. Ennek során kiderült, hogy a pulzációs frekvenciák egy része nagy fokú egyezést mutat a keringési felharmonikusokkal (a keringési frekvencia többszörösei), főként a 3., a 12. és a 25. felharmonikussal. Statisztikai vizsgálatok alapján nagyon kicsi a valószínűsége, hogy véletlenszerű frekvenciaeloszlás eredményezte a mostani megfigyeléseket, amelyek alapján a bolygó befolyásolja a csillagpulzációt. Kettőscsillagoknál ‒ ahol sokkal nagyobb gravitációs erők lépnek fel ‒ többször is megfigyeltek már ilyen jelenséget, de a csillag-bolygó rendszereket tekintve a WASP-33 esete az első és mindeddig egyetlen ismert, úgynevezett árapály-perturbált pulzáció. Ez azt jelenti, hogy ugyan nem a bolygó miatt pulzál a csillag, de a pulzációs mintázat bizonyos komponensei azért jelennek meg úgy, ahogy, mert a bolygó árapályereje lehetővé teszi ezt, más komponensek frekvenciáját pedig a bolygó keringése képes kismértékben elhangolni (pontosabban perturbálni). A kölcsönhatás hátterében álló árapályerők forrásának a kutatók szerint a bolygópálya és a forgástengely egymáshoz viszonyított, nagyjából merőleges helyzete tekinthető.