Magyar kutatóknak sikerült kimutatni, hogy a WASP-33 jelű, δ Scuti típusú pulzáló változócsillag, hogy a csillag 2,1 jupitertömegű bolygója, a WASP-33b, amely 1,2 napos periódussal kering a csillag körül, gerjeszti és részben elhangolja annak pulzációját. Ez az első eset, amikor csillag-bolygó rendszerben ilyen jelenséget sikerült megfigyelni és statisztikailag alátámasztani.

A WASP-33 jelű fiatal, a Napnál nagyobb tömegű és forróbb fősorozati csillag bolygó méretű kísérőjét a SuperWASP (Wide Angle Search for Planets — Nagy Látószögű Bolygókeresés) program során fedezték fel még 2006-ban. A bolygó — a Naprendszerrel ellentétben — nem a csillag egyenlítői síkjában kering, hanem arra majdnem merőleges, poláris közeli pályán. A központi csillag nagyon gyorsan forog a saját tengelye körül, alakja ellapulttá vált; ezen kívül δ Scuti típusú, több módusú pulzáció következtében a csillag fényessége is gyorsan és látványosan változik.

A bolygó és a csillag kölcsönhatásainak megfelelő elemzéséhez nagy pontosságú és folyamatos megfigyelésekre van szükség, erre csak űrfotometriára képes teleszkópokkal van lehetőség. Az egyik ilyen, jelenleg is üzemelő űreszköz a TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite — Tranzitos Exobolygókat Megfigyelő Műhold), amelynek a WASP-33 rendszerről készült kb. 1 hónapot felölelő mérései képezték az ELTE, a CSFK, az SZTE és az MTA-ELTE Exobolygó Kutatócsoport munkatársai közreműködésével és Kálmán Szilárd doktori hallgató vezetésével készült analízis alapját.

Sematikus ábra a WASP-33 rendszer esetén megfigyelt jelenségekhez. A csillag saját forgástengelye (pont-vonal) körüli gyors forgása következtében az egyenlítő hűvösebb, mint a pólusok (a.) panel). A δ Scuti pulzáció következtében a csillag felszínének bizonyos felületelemeit fényesebbnek látjuk, mint másokat (b.) panel). A poláris pályán keringő bolygó gerjeszti, illetve elhangolja a csillagpulzációt (c.) panel, piros). (Forrás: Pál Bernadett, CSFK)

Amikor egy bolygó elhalad a csillaga előtt, részben eltakarva azt, akkor a csillag mért fényessége jellegzetes módon kis mértékben lecsökken. Az ilyen bolygókat nevezzük fedési exobolygóknak, ezen az elven alapul a legtöbb ma is ismert exobolygó felfedezése. Jelen esetben erre a kis effektusra rakódik rá a csillagpulzáció. Ráadásul a gyors forgás hatására fellépő ún. gravitációs sötétedés is jelentkezik: a forgás hatására a csillag pólusait jelentősen (1000-1500 K-nel) forróbbnak látjuk az egyenlítőnél — jelen esetben ez lehetővé tette annak megállapítását, hogy a csillag forgástengelye és a bolygópálya egymásra kb. merőlegesek. A merőleges bolygópálya miatt a bolygó tranzitja az egyenetlen hőmérsékleteloszlású csillagfelszín előtt halad, ami asszimetrikus fényváltozást okoz. A tranzitok, a pulzáció és a gravitációs sötétedés egyszerre történő elemzése egyelőre csak a WASP-33 rendszerre valósult meg.

A pulzáció elemzéséhez annak különböző amplitúdójú és frekvenciájú szinuszos jelek összegére történő bontására volt szükség. Ennek során kiderült, hogy a pulzációs frekvenciák egy része jó egyezést mutat a keringési felharmonikusokkal (a keringési frekvencia többszörösei), főként a 3. a 12. és 25. felharmonikussal. Statisztikai vizsgálatokkal kimutatható, hogy az csak nagyon kis valószínűséggel fordulhat elő, véletlenszerű frekvenciaeloszlás eredménye legyen ez a megfigyelés. Ezek a megfigyelések azt mutatják, hogy a csillagpulzációt befolyásolja a bolygó. Kettőscsillagoknál (ahol sokkal nagyobb gravitációs erők lépnek fel) ilyen jelenséget többször is figyeltek már meg, de csillag-bolygó rendszer esetén a WASP-33 esete jelenti az első és egyetlen eddig ismert ún. árapály-perturbált pulzációt. 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 árapályerejével lehetővé teszi ezt; más komponensek frekvenciáját pedig a bolygó keringése kis mértékben képes elhangolni is. A kölcsönhatás hátterében álló árapályerők forrásának az egymásra kb. merőleges bolygópálya és forgástengely  tekinthető. 

Sematikus ábra a pulzáció gerjesztéséhez. A csillag azon részein lesz intenzívebb a pulzáció árapály-gerjesztése, amelyekhez a bolygó a legközelebb van. Forrás: (Pál Bernadett, CSFK)

Az eredményeket bemutató szakcikk az Astronomy & Astrophysics folyóiratban jelent meg.

Az Innovációs és Technológiai Minisztérium Kooperatív Doktori Program Doktori Hallgatói Ösztöndíj Programjának a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alapból finanszírozott szakmai támogatásával készült.