Astronomii au bănuit de mult timp că masa unei planete și viteza sa de rotație sunt legate. În propriul nostru Sistem Solar, Jupiter și Saturn oferă exemple izbitoare. În ciuda dimensiunilor lor enorme, ambele completează o rotație completă în aproximativ 10 ore și reprezintă o mare parte din energia totală de rotație a Sistemului Solar.

Pentru a testa dacă această relație se extinde dincolo de vecinătatea noastră cosmică, cercetătorii au folosit Observatorul W. M. Keck de pe Maunakea, Hawaii, pentru a studia un eșantion mare de lumi gigantice îndepărtate. Studiul lor a inclus 32 de giganți gazoși și însoțitori pitice brune din alte sisteme stelare, inclusiv 6 planete mai mari decât Jupiter și 25 de însoțitori pitice brune.

Observațiile au relevat o tendință intrigantă. Când sunt luați în considerare factori precum masa, dimensiunea și vârsta, planetele gigantice gazoase tind să se rotească mai repede decât piticele brune mai masive. Pentru a-și întări analiza, cercetătorii au încorporat și măsurători anterioare de rotație din alte studii, creând un set de date atent selectat care includea 43 de însoțitori stelari/substelari și planete gigantice, împreună cu 54 de pitice brune și obiecte cu masă planetară care plutesc liber.

Echipa internațională a fost condusă de oameni de știință de la Centrul pentru Explorare și Cercetare Interdisciplinară în Astrofizică (CIERA) al Universității Northwestern. Colaboratorii au inclus cercetători de la Centrul pentru Astrofizică și Științe Spațiale (CASS) de la UC San Diego, Divizia de Științe Geologice și Planetare (GPS) de la Caltech, Observatorul W. M. Keck, Observatorul Steward, Colegiul James C. Wyant de Științe Optice, Laboratorul de Propulsie cu Reacție al NASA și alte câteva instituții. Descoperirile lor au fost publicate în The Astronomical Journal.

Multe dintre planetele examinate orbitează stelele lor la distanțe cuprinse între zeci și sute de Unități Astronomice (UA), distanța dintre Pământ și Soare. Oamenii de știință încă încearcă să determine cum se formează aceste lumi îndepărtate. Unele pot apărea treptat în discurile de gaz și praf care înconjoară stelele tinere, în timp ce altele s-ar putea forma printr-un proces mai asemănător cu colapsul care creează stelele în sine.

Pentru a investiga, cercetătorii au folosit Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC), un instrument specializat capabil să izoleze lumina care vine direct de la aceste lumi îndepărtate. Pe măsură ce o planetă se rotește, caracteristicile din atmosfera sa provoacă o lărgire subtilă în spectrul său. Măsurând aceste schimbări, astronomii pot determina cât de repede se rotește obiectul.

Autorul principal Dino Chih-Chun Hsu, cercetător la CIERA, a explicat semnificația acestor măsurători într-un comunicat de presă al Observatorului W. M. Keck: „Rotația este o înregistrare fosilă a modului în care s-a format o planetă. Măsurând cât de repede se rotesc aceste lumi, putem începe să punem cap la cap procesele fizice care le-au modelat acum zeci până la sute de milioane de ani. Cu KPIC, putem detecta aceste semnale minuscule care dezvăluie rotația unei planete în jurul altor stele apropiate. Rezultatele noastre sugerează că atât masa planetei, cât și raportul dintre masa planetei și masa stelei sale influențează cât de repede se rotește planeta în cele din urmă. Asta ne ajută să restrângem fizica modului în care se formează aceste sisteme.”

O planetă gigantică depășește un vecin mult mai mare

Unul dintre cele mai clare exemple provine din sistemul HR 8799. Acolo, un gigant gazos de aproximativ 7 ori masa lui Jupiter se rotește de șase ori mai repede decât un însoțitor pitică brună care este de aproximativ 24 de ori masa lui Jupiter.

Cercetătorii cred că diferența poate fi legată de interacțiunile magnetice din istoria timpurie a obiectelor. Un câmp magnetic mai puternic poate interacționa mai intens cu discul circumplanetar înconjurător, încetinind rotația în timp. În acest caz, pitica brună mai masivă a pierdut probabil mai mult din rotația sa originală din cauza câmpului său magnetic mai puternic.

Descoperirile îi ajută pe oamenii de știință să înțeleagă mai bine nu doar sistemele planetare îndepărtate, ci și originile propriului nostru Sistem Solar. Hsu a spus: „Modul în care momentul cinetic este distribuit între planete influențează arhitectura generală a unui sistem planetar.”