Megduplázódik az ismert bolygók száma

Egy év alatt több Naprendszeren kívüli bolygójelöltet azonosított a Kepler-űrtávcső, mint amennyit korábban összesen felfedeztek. Az új égitestek nagy része a Naphoz hasonló csillagok körül kering, és sok közöttük a szuperföld, azaz a Földnél már nem sokkal nagyobb tömegű bolygó. A Kepler egy-két éven belül felfedezheti az első távoli földeket is.

Hatalmas fejlődés küszöbén állunk a Naprendszeren kívüli planéták, az exobolygók kutatása terén: a NASA közölte az első nagyobb adatsort a 2009 tavaszán pályára állt Kepler-űrtávcsőtől. Ebben nem kevesebb mint 706 olyan csillag szerepel, amelyek körül a Kepler mérései alapján bolygók keringhetnek. A becslések szerint a bolygójelölteknek körülbelül a fele bizonyul majd valóban planétának a részletesebb megfigyelések során, de még ezzel is majdnem megduplázódik az ismert exobolygók száma. 1995-től napjainkig ugyanis 453 Naprendszeren kívüli planétát fedeztek fel más csillagászati eszközökkel.

A Kepler 156 ezer csillagot vizsgál folyamatosan. A közel hétszáz új égitestre a küldetés első 46 napján végzett megfigyelések utalnak, sejthető tehát, hogy a távcső minimum 3,5 évesre tervezett üzemelése mekkora előrelépést hoz majd a távoli planéták megismerésében.

A Kepler úgynevezett okkultációs módszerrel keresi célpontjait. Az okkultációs módszer lényege, hogy amikor egy exobolygó a Földről nézve elhalad saját csillaga előtt, akkor kitakarja korongjának egy kis részét, és ezzel csökken a csillag általunk megfigyelt fényessége (lásd az alábbi animáción). A Kepler ilyen rövid halványodásokat keres a megfigyelt csillagok sugárzásában. Hasonló módszert alkalmaz a magyar-amerikai együttműködés keretében üzemelő HATNet robottávcső rendszer is, amely 11 exobolygót fedezett fel.

A legizgalmasabb témakör természetesen a Földhöz hasonló planéták keresése, amelyeknél a viszonylag kis méret a probléma. Ezek a bolygók ugyanis csak kis területet takarnak el csillaguk korongjából, és csekély mértékben csökkentik annak fényét, amikor áthaladnak előtte. Az ilyen apró változások azonosítása a légköri turbulenciák miatt a Föld felszínéről nehéz, főleg a viszonylag halvány csillagoknál. Éppen ezen a területen hoz nagy változást a Kepler, amely az észleléseket a légkörön kívülről, a világűrből végzi. David Koch, a Kepler-űrtávcső munkatársa szerint a fenti eredmények minden idők legpontosabb fotometriai méréssorozatából születtek. A megfigyelés keretében a korábbiaknál pontosabban és hosszabb ideig, közel folyamatosan követték a távoli égitestek fényváltozását.

Az okkultációs technika szemléltetése: a Földről figyelve az exobolygó kitakarja csillaga felszínének egy részét, és az ekkor fellépő halványodás vizsgálható a távcsővel (NASA)

A Kepler-űrtávcső látómezeje viszonylag nagy, 105 négyzetfokot tesz ki - ez körülbelül megegyezik a kinyújtott karunk végén a tenyerünk által letakart égterület nagyságával. Ekkora területet rögzít rendszeresen 95 megapixeles detektorával. A most publikált bolygójelöltek között már több a Jupiternél kisebb planéta, mint az a korábbi földi megfigyeléseknél jellemző volt. Emellett sok a Neptunuszhoz hasonló méretű exobolygó, és jó pár úgynevezett szuperföld, azaz a Földnél már csak néhányszor nagyobb tömegű bolygó is szerepel a listán. Bár a Földünkhöz hasonló planétát eddig nem talált a berendezés, jó esély van rá, hogy a következő években képes lesz azonosítani ilyeneket is. Ez alapvető felfedezés lenne a csillagászatban, komoly asztrobiológiai, azaz a Földön kívüli élet utáni kutatáshoz kapcsolódó következményekkel.

A Kepler-űrtávcső által vizsgált térség a Tejútrendszerben (NASA)

A 706 bolygójelölt további vizsgálata során ki kell szűrni közülük a kettőscsillagokat, és azonosítani kell az olyan rendszereket, amelyeknél nem planéta okozta a halványodást. A rostán fennmaradt égitesteket részletes elemzésnek vetik alá, amiben a legnagyobb földi műszerek mellett a Spitzer- és a Hubble-űrtávcső is részt vesznek majd.

A Kepler-űrtávcső eredményeivel kapcsolatban dr. Kiss Lászlót, az MTA Konkoly-Thege Csillagászati Kutatóintézet igazgatóhelyettesét kérdeztük.

[origo] A most bejelentett bolygójelöltek száma megfelel-e az előzetes várakozásoknak?
Kiss László: A felfedezett exobolygó-jelöltek száma nagyjából megfelel a várt mennyiségnek, bár az is igaz, hogy a korábbi előrejelzések rendkívül bizonytalanok voltak. Fontos megjegyezni, hogy a frissen nyilvánosságra hozott hétszáz exobolygó-jelöltnek várhatóan bő fele fogja csak túlélni a részletes ellenőrzést érzékeny földfelszíni mérésekkel, így valójában inkább csak 350-400 bolygó várható a bejelentés teljes mintájából. Azonban a Kepler a méréseket tovább folytatja, így a teljes program felfedezéseinek számát még becsülni sem lehet a jelenleg publikus információk alapján.

Az eddig azonosított jelöltek esetében látszik-e valamilyen tendencia a központi csillagokat vagy az exobolygókat illetően?
Néhány dolog egyértelmű már most is: a Kepler-exobolygók központi csillagai jellemzően F, G és K színképtípusú törpecsillagok, azaz a Naptól nem túlzottan különböző égitestek. Nagyon fontos felismerés, hogy a bolygók méret szerinti gyakorisága egyenletesen nő a kisebb bolygók felé: a Kepler-bolygók többsége a Neptunuszhoz hasonló méretű, szemben a korábban, földi mérésekből felfedezett fedési exobolygókkal, melyek inkább a Jupiterhez hasonló óriások. A magyarázat természetesen a Kepler fantasztikus érzékenysége, ami nagyságrendi ugrást tesz lehetővé a kisméretű exobolygók felfedezésében. A mi bolygónkhoz hasonló méretű szuperföldek is sokkal gyakoribbak, mint azt a korábbi adatok alapján gondoltuk.

A Magyar Tudományos Akadémia programja keretében Ön egy exobolygó kutatócsoport kiépítését kezdte meg az elmúlt évben Magyarországon. Hogyan haladnak a kutatóprogram előkészületei?
Sikerült kialakítani egy több mint tízfős kutatócsoportot az MTA Csillagászati Kutatóintézetében, amelynek kutatásai több szálon futnak. A hazai műszerezettség kibővült egy nagyon érzékeny és nagy égterületeket megörökíteni képes csillagászati CCD-vel, emellett hamarosan üzembe állítjuk a Lendület-program új robottávcsövét a Piszkéstetői Obszervatóriumban. Fontos elméleti eredményekre jutottunk az exoholdak detektálása, illetve paraméter-meghatározása területén, megfigyelési oldalon pedig távcsőidőt nyertük az Európai Déli Obszervatórium chilei műszerein. A Kepler-űrtávcső asztroszeizmológiai kutatásaiban nagy lépést tettünk a közvetett exobolygó-detektálás felé a Napnál nagyobb tömegű csillagok esetében. Szeptembertől három évig az OTKA-NKTH Mobilitás programja is támogat minket, összesen 89 millió forintos költségvetéssel.

Azonosították a legerősebb szelet a Naprendszeren kívül

A Nature legfrissebb számában is olvashatunk egy exobolygókkal kapcsolatos felfedezésről: minden korábbinál erősebb légköri vihart azonosítottak a HD209458b jelű exobolygó atmoszférájában. Az égitest a Naptól 150 fényévre található a Pegasus csillagképben, és tömege közel 60%-a a Jupiterének. Csillagától csak 7 millió kilométer választja el (a Föld átlagos naptávolsága 150 millió kilométer), ezért gyorsan mozog, és egy év, azaz egy keringés mindössze 3,5 földi napig tart rajta.

Az óriási gázbolygónak kötött tengelyforgása van, tehát mindig ugyanazt az oldalát mutatja csillaga fele, amely ettől közel 1000 Celsius-fokra hevül. A forró nappali és a hideg éjszakai oldal között ezért extrém erős szelek fújnak, amelyek sebességét sikerült a Földről megmérni. A planéta bolygónkról nézve 3,5 naponként 3 órán keresztül mutatkozik csillaga előtt. Ezt a periódust használták ki az Európai Déli Obszervatórium (ESO) műszereivel, és az exobolygó légkörét tüzetes vizsgálat alá vették.

Fantáziarajz az exobolygóról és közeli csillagáról (ESO)

A mérések alapján az atmoszférában megfigyelt szén-monoxid gáz nagy sebességgel áramlik a nappali oldalról az éjszakai féltekére. A gáz mozgási sebessége a 0,1-0,01 mbar nyomású légrétegben (ilyen nyomás a földi atmoszférában 50-70 kilométeres magasságban jellemző) az adatok szerint 5000 és 10 000 kilométer/óra körüli. Összehasonlításként, a Naprendszerben az óriásbolygók légkörében fújó leggyorsabb szelek sebessége ritkán éri el az 1600 kilométer/órát.

További érdekesség, hogy első alkalommal sikerült pontosan meghatározni egy távoli planétának a pályamenti keringési sebességét, amely a központi csillag tömegének becslését teszi lehetővé. Utóbbi egyébként 20%-os hibával a Napunkkal közel megegyezőnek adódott. Emellett először sikerült egy exobolygó légkörében magát a szén-monoxid molekulát kimutatni - korábban ugyanennél a planétánál oxigénre, szénre és vízgőzre is akadtak az atmoszférában.