Újabb jel arra, hogy különleges a Naprendszer

Közel félezer új Naprendszeren kívüli bolygójelöltet jelentettek be a Kepler-űrtávcsővel dolgozó csillagászok. A legfontosabb új eredmény az, hogy a kisebb méretek felé haladva a bolygók gyakorisága nő, de valahol a Föld átmérőjének kétszerese alatt ez a növekedés megáll.

A Naprendszeren kívüli bolygókra (exobolygókra) vadászó Kepler-űrtávcső működési ideje feléhez érkezett, kezdődik a működés kiterjesztett szakasza. A program kutatói nem kevesebb mint 461 új exobolygó-jelöltről számoltak be hétfőn. A bolygók közül négy kisebb a Föld kétszeresénél, és csillaga lakható zónájában kering. A legfrissebb bejelentés szerint a Naphoz hasonló csillagok 17%-a körül kering a Földhöz hasonló méretű bolygó - igaz, közelebb csillagához, mint a Merkúr a Naphoz.

A 461 új exobolygó jelölt sűrűn benépesíti a Kepler űrtávcső 115 négyzetfok területű látómezejét (ez a 41 253 négyzetfok területű teljes égbolt 3 ezreléke, de az eredmények nem extrapolálhatók, mert a Kepler az égbolt csillagokban leggazdagabb területét vizsgálja)

A lakható zóna azt jelenti, hogy az ott keringő bolygók felszíni hőmérséklete megengedi folyékony víz létezését. Persze a folyékony víz létezéséhez nem elég a megfelelő hőmérséklet, szükség van vízre és megfelelő légnyomásra, hogy tényleg tengerek (tavak) hullámozzanak a bolygókon. A Merkúrnál közelebb keringő bolygók egészen bizonyosan a lakható zónán kívül vannak.

A mostani bejelentést megelőzően 2012 februárjában hozták nyilvánosságra a 2009 májusa óta működő Kepler összesített eredményeit. Az akkori több mint 2300 exobolygó-jelölt a mostani 461-gyel 2740-re nőtt, vagyis éppen 20%-os a növekedés. Annyi bizonyos tehát, hogy a Kepler kifogástalanul működik, ami valóban jó hír és elismerésre méltó teljesítmény. A bolygók 2036 csillag körül keringenek, ami csillagonként 1,35 bolygót jelent. Előfordulnak tehát két, sőt több bolygót tartalmazó rendszerek, de egyelőre nem ez a jellemző. A mostani bejelentésnek köszönhetően 365-ről 467-re nőtt a legalább két bolygót tartalmazó rendszerek száma.

A kisebb exobolygók számának jelentős relatív gyarapodása ellenére még mindig a legalább Neptunusz méretűek teszik ki az exobolygók többségét

Jelentős mértékben nőtt a Földhöz hasonló méretű (43%-kal) és az úgynevezett szuperföld méretű, vagyis a legfeljebb 2 földátmérőjű (21%-kal) exobolygó-jelöltek száma. A végleges felfedezéshez rengeteget kell dolgozni a csillagászoknak. A Kepler a látóterébe eső csillagok közül (a távcső mindig az égboltnak pontosan ugyanazt a részét figyeli a Hattyú csillagképben) 150 000-nek követi hihetetlenül pontosan a fényességváltozásait. Azokat a rövid ideig tartó, jellegzetes fényességcsökkenéseket elemzik, amelyek egy bolygónak a saját csillaga előtti átvonulása következtében lépnek fel. Ha ugyanazon csillagnál szabályos időközönként legalább három, de inkább több hasonló jellemzőket mutató elhalványodást sikerül azonosítani, akkor lehet új exobolygó felfedezéséről beszélni. A csillagászok immár több mint 13 000 gyanús jelet vizsgáltak át, hogy kiszűrjék az esetleges műszerhibákat és egyéb okból fellépő fényváltozásokat. Ennek a sziszifuszi munkának köszönhető, hogy a jelöltek imponálóan nagy számához képest 2012 elejéig csak 33 exobolygóról, mostanáig 105-ről sikerült bizonyosságot szerezni.

A vizsgált 119 exobolygó jelölt keringési ideje és mérete (magyarázat a szövegben)

A Kepler adatok feldolgozására vonatkozó legfrissebb bejelentést a Berkeley-i Kalifornia Egyetem és a manoai Hawaii Egyetem kutatói tették. Munkájuk során csak a csillagukhoz kb. 0,25 csillagászati egységnél közelebb keringő bolygókat vizsgálták (ez a Naprendszerben a Merkúrén belüli pályát jelent). [Tipikus megfigyelési szelekcióról van szó. Nem azért ezt vizsgálták, mert ez a legérdekesebb, hanem azért, mert csak a rövid keringési idejű bolygóknál volt esély arra, hogy a felfedezéshez szükséges számú fedés létrejöjjön.] A felfedezést január 8-án az Amerikai Csillagászati Társaság Long Beach-i (Kalifornia) szokásos, éves konferenciáján jelentették be. Eredményeiket a fenti ábra mutatja be. A szürke és narancssárga pontok 119 exobolygó-jelölt keringési idejét (vízszintes tengely) és méretét (függőleges tengely) mutatja. A bolygók keringési ideje 5 és 50 nap közé esik, mivel a Naphoz hasonló tömegű csillagokról van szó, ez a Merkúr naptávolságánál minden esetben (jóval) kisebb távolságot jelent. A bolygójelöltek között akadnak a Földnél kisebbek, de sokkal nagyobbak is, az átlag közel lehet a szuperföld (2 földtömeg) határához. A 82 szürke pont korábbi felfedezésű bolygókat mutat, a narancssárgák új felfedezések. Látható, hogy ezek többsége kis tömegű.

A kutatók szerint felfedezésük kulcsfontosságú eredménye az, hogy a kisebb méretek felé haladva a bolygók gyakorisága nő, de valahol a Föld átmérőjének kétszerese alatt ez a növekedés megáll. A próbálkozás és a bejelentett eredmények igazi jelentősége mégsem a részletekben rejlik. A lényeg az, hogy a Kepler tömegesen fedezi fel az exobolygókat (egyelőre csak jelölteket, de csak a távcső működési ideje hosszának kérdése, hogy ezek döntő többsége esetében megerősítsék a felfedezést), aminek köszönhetően ma már meg lehet próbálni valamiféle statisztikai elemzéseket készíteni. Annyit mindenesetre megállapítottak, hogy a Naphoz hasonló csillagok 17%-a körül kering a Merkúr pályáján belül a vizsgált tömegtartományba eső bolygó. A statiszikára utalva a kutatók egyike azt a kérdést is megkockáztatja, hogy vajon akkor miért nincs(enek) a Naprendszerben a Merkúr pályáján belüli bolygó(k). Talán ebből a szempontból (is) különleges a Naprendszer?

A kisebb bolygókat nehezebb felfedezni, ezért számítógépes korrekciót alkalmaztak (magyarázat a szövegben)

Az adatok elemzésével kapcsolatban a kutatók elmondták, hogy a Jupiter nagyságú bolygók 1% fényességcsökkenést okoznak az átvonuláskor, ami a Kepler érzékeny műszereivel játszi könnyűséggel kimutatható. A Föld nagyságú bolygók ezzel szemben csak 0,01% fényességcsökkenést idéznek elő, ami könnyen elveszhet a mérési hiba zajában. Ezért a bolygók számát a kisebb méreteknél egy algoritmus segítségével megnövelték, ezeket az "odaképzelt" bolygókat jelölik a fenti ábrán a szürke oszlopok tetején a narancssárga "ráadások". A diagramról leolvasható, hogy a Naphoz hasonló csillagok 7,9%-ának van 1-1,4 földtömegű bolygója. Érdekes, hogy 2,8 földtömegig az arány nagyjából állandó. A nagyobb tömegek felé haladva az arány gyorsan csökken. (Mindez a kutatásban szereplő 119 darab, a csillaghoz nagyon közeli bolygókra vonatkozik.)