Astronomer har gjort den första mätningen av spin-omloppsuppriktning för en avlägsen "super-Jupiter" planet, demonstrerar en teknik som kan möjliggöra genombrott i strävan efter att förstå hur exoplanetära system bildas och utvecklades.

Ett internationellt team av forskare, ledd av professor Stefan Kraus från University of Exeter, har utfört mätningarna för exoplaneten Beta Pictoris b—belägen 63 ljusår från jorden.

Planeten, finns i konstellationen Pictor, har en massa på cirka 11 gånger Jupiters massa och kretsar kring en ung stjärna på en liknande bana som Saturnus i vårt solsystem.

Studien, publicerad idag (29 juni 2020) i Astrofysiska tidskriftsbrev , markerar första gången som forskare har mätt spin-orbit-inriktningen för ett planetsystem med direkt bild.

Avgörande, resultaten ger en ny insikt i att förbättra vår förståelse av bildningshistorien och evolutionen av planetsystemet.

Professor Kraus sa:"Omfattningen av att en stjärna och en planetarisk bana är i linje med varandra säger oss mycket om hur en planet bildades och om flera planeter i systemet interagerade dynamiskt efter deras bildande."

Några av de tidigaste teorierna om planetbildningsprocessen föreslogs av framstående 1700-talsastronomer Kant och Laplace. De noterade att banorna för solsystemets planeter är i linje med varandra, och med solens spinnaxel, och drog slutsatsen att solsystemet bildades av en roterande och tillplattad protoplanetär skiva.

"Det var en stor överraskning när man upptäckte att mer än en tredjedel av alla exoplaneter som befinner sig i närheten kretsar kring sin värdstjärna på banor som är felinriktade med avseende på stjärnekvatorn." sade prof. Kraus.

"Några exoplaneter visade sig till och med kretsa i motsatt riktning än stjärnans rotationsriktning. Dessa observationer utmanar uppfattningen av planetbildning som en snygg och välordnad process som äger rum i en geometriskt tunn och plan skiva."

För studien, forskarna tog fram en innovativ metod som mäter den lilla rumsliga förskjutningen på mindre än en miljarddels grad som orsakas av Beta Pictoris rotation.

Teamet använde GRAVITY-instrumentet vid VLTI, som kombinerar ljuset från teleskop separerade 140 meter från varandra, att utföra mätningarna. De fann att stjärnrotationsaxeln är i linje med omloppsaxlarna för planeten Beta Pictoris b och dess förlängda skräpskiva.

"Gasabsorption i stjärnatmosfären orsakar en liten rumslig förskjutning i spektrallinjer som kan användas för att bestämma orienteringen av stjärnrotationsaxeln." sa Dr Jean-Baptiste LeBouquin, en astronom vid universitetet i Grenoble i Frankrike och en medlem av teamet.

"Utmaningen är att denna rumsliga förskjutning är extremt liten:ungefär 1/100 av stjärnans skenbara diameter, eller motsvarande storleken på ett mänskligt fotsteg på månen sett från jorden."

Resultaten visar att Beta Pictoris-systemet är lika väljusterat som vårt eget solsystem. Detta fynd gynnar planet-planetspridning som orsaken till de snedställda omloppsbanorna som observeras i mer exotiska system med Hot Jupiters.

Dock, observationer på ett stort urval av planetsystem kommer att krävas för att ge ett slutgiltigt svar på denna fråga. Teamet föreslår ett nytt interferometriskt instrument som gör det möjligt för dem att få dessa mätningar på många fler planetsystem som är på väg att upptäckas.

"Ett dedikerat instrument med hög spektral upplösning vid VLTI skulle kunna mäta spin-orbit-inriktningen för hundratals planeter, inklusive de på långa omloppsbanor.", sade prof. Kraus, "Detta kommer att hjälpa oss att svara på frågan vilka dynamiska processer som formar arkitekturen hos planetsystem."