För första gången, astronomer från MIT och på andra håll har observerat en stjärna som pulserar som svar på sin kretsande planet.

Stjärnan, som går under namnet HAT-P-2, ligger cirka 400 ljusår från jorden och omges av en gasjätte som mäter åtta gånger massan av Jupiter – en av de mest massiva exoplaneterna som är kända idag. Planeten, heter HAT-P-2b, spårar sin stjärna i en mycket excentrisk bana, flyger extremt nära och runt stjärnan, sedan rusar långt ut innan den så småningom cirkulerar tillbaka runt.

Forskarna analyserade mer än 350 timmars observationer av HAT-P-2 tagna av NASA:s Spitzer Space Telescope, och fann att stjärnans ljusstyrka ser ut att svänga lite var 87:e minut. Särskilt, stjärnan verkar vibrera med exakta övertoner, eller multiplar av planetens omloppsfrekvens – den hastighet med vilken planeten cirklar sin stjärna.

De exakt tidsinställda pulsationerna har fått forskarna att tro att, i motsats till de flesta teoretiska modellbaserade förutsägelser av exoplanetärt beteende, HAT-P-2b kan vara tillräckligt massiv för att periodvis förvränga sin stjärna, får stjärnans smälta yta att blossa ut, eller puls, som svar.

"Vi trodde att planeter inte riktigt kan excitera sina stjärnor, men vi finner att den här gör det, säger Julien de Wit, en postdoc i MIT:s Department of Earth, Atmosfärs- och planetvetenskap. "Det finns en fysisk koppling mellan de två, men i detta skede, vi kan faktiskt inte förklara det. Så dessa är mystiska pulseringar inducerade av stjärnans följeslagare."

De Wit är huvudförfattare till en artikel som beskriver resultaten, publicerad idag i Astrofysiska tidskriftsbrev .

Att få puls

Laget kom på stjärnpulserna av en slump. Ursprungligen, forskarna försökte skapa en exakt karta över en exoplanets temperaturfördelning när den kretsar runt sin stjärna. En sådan karta skulle hjälpa forskare att spåra hur energi cirkuleras genom en planets atmosfär, som kan ge ledtrådar till en atmosfärs vindmönster och sammansättning.

Med detta mål i åtanke, teamet såg HAT-P-2 som ett idealiskt system:Eftersom planeten har en excentrisk bana, den gungbräder mellan extrema temperaturer, vändning
kall när den rör sig långt bort från sin stjärna, värms sedan upp snabbt när den svänger extremt nära.

"Stjärnan dumpar en enorm mängd energi på planetens atmosfär, och vårt ursprungliga mål var att se hur planetens atmosfär omfördelar denna energi, " säger de Wit.

Forskarna fick 350 timmars observationer av HAT-P-2, tagen intermittent av Spitzers infraröda teleskop mellan juli 2011 och november 2015. Datauppsättningen representerar en av de största som någonsin tagits av Spitzer, ger de Wit och hans kollegor massor av observationer för att detektera de otroligt små signaler som krävs för att kartlägga en exoplanets temperaturfördelning.

Teamet bearbetade data och fokuserade på det fönster där planeten närmade sig närmast, passerar först framför och sedan bakom stjärnan. Under dessa perioder, forskarna mätte stjärnans ljusstyrka för att bestämma mängden energi, i form av värme, överförs till planeten.

Varje gång planeten passerade bakom stjärnan, forskarna såg något oväntat:Istället för en platt linje, representerar en tillfällig droppe när planeten är maskerad av sin stjärna, de observerade små spikar – svängningar i stjärnans ljus, med en period på cirka 90 minuter, det råkade vara exakta multiplar av planetens omloppsfrekvens.

"De var väldigt små signaler, " säger de Wit. "Det var som att plocka upp surrandet av en mygga som passerade en jetmotor, båda mil bort."

Många teorier, ett stort mysterium

Stjärnpulseringar kan uppstå konstant när en stjärnas yta naturligt kokar och vänder. Men de små pulseringar som upptäckts av de Wit och hans kollegor verkar vara i samklang med planetens omloppsbana. Signalerna, de drog slutsatsen, får inte bero på något i själva stjärnan, men till antingen den cirkulerande planeten eller en effekt i Spitzers instrument.

Forskarna uteslöt det senare efter att ha modellerat alla möjliga instrumentella effekter, som vibrationer, som kunde ha påverkat mätningarna, och upptäckte att ingen av effekterna kunde ha producerat de pulsationer de observerade.

"Vi tror att dessa pulsationer måste induceras av planeten, vilket är förvånande, " säger de Wit. "Vi har sett detta i system med två roterande stjärnor som är supermassiva, där det ena verkligen kan förvränga det andra, släpp förvrängningen, och den andra vibrerar. Men vi förväntade oss inte att detta skulle hända med en planet - inte ens en så massiv som denna."

"Det här är verkligen spännande eftersom om våra tolkningar är korrekta, det säger oss att planeter kan ha en betydande inverkan på fysiska fenomen som verkar i deras värdstjärnor, " säger medförfattaren Victoria Antoci, en postdoc vid Aarhus Universitet i Danmark. "Med andra ord, stjärnan "vet" om sin planet och reagerar på dess närvaro."

Teamet har några teorier om hur planeten kan få sin stjärna att pulsera. Till exempel, kanske planetens övergående gravitationskraft stör stjärnan precis tillräckligt för att tippa den mot en självpulserande fas. Det finns stjärnor som naturligt pulserar, och kanske HAT-P-2b driver sin stjärna mot det tillståndet, sättet att tillsätta salt i en sjudande gryta med vatten kan få det att koka över. De Wit säger att detta bara är en av flera möjligheter, men att komma till roten av stjärnpulsationerna kommer att kräva mycket mer arbete.

"Det är ett mysterium, men det är jättebra, eftersom det visar att vår förståelse av hur en planet påverkar sin stjärna är inte komplett, " säger de Wit. "Så vi måste gå vidare och ta reda på vad som händer där."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.