Itt tartunk az idegen bolygók kutatásában

Rohamosan gyarapszik a felfedezett Naprendszeren kívüli bolygók (exobolygók) száma. Többségük óriás, de talán a kisebbek még többen vannak, csak egyelőre rejtve maradnak a csillagászok műszerei elől.

Sok csillagnak több bolygója is van, azt azonban túlzás lenne kijelenteni, hogy az idegen rendszerek bármelyike is rokonságot mutat a Naprendszer szerkezetével. Az egyetlen hasonlóság, hogy a bolygók általában másutt is egy síkban keringenek – bár vannak kivételek. Szokatlanul sok a nagyon elnyúlt pályán keringő bolygó. Egy új technikával egész különleges bolygókat is találtak.

A csillagászok régóta sejtették, hogy a csillagkeletkezés természetes velejárója a bolygók születése. Ezt a feltételezést a Kepler-űrtávcső eredményei alátámasztották, a jelenleg ismert 700 exobolygó közül 270-et ez az űrszonda fedezett fel, amikor a bolygó a Földről nézve áthaladt a csillag korongja előtt. (Emellett a Kepler további 3500, megerősítésre váró jelöltet is talált.) Több mint négyszázat földi távcsövekkel, az úgynevezett radiálissebesség-módszerrel találtak, ilyenkor a csillag sebességének színképi úton kimutatható változásaiból következtetnek a bolygó jelenlétére. A Tejútrendszer csillagainak számához (100-200 milliárd) képest a 700 felfedezett bolygó édeskevés, de bizonyos statisztikai megfontolásokhoz, becslésekhez már jó alapot nyújt.

Lakható zóna a Kepler-űrtávcső által vizsgált egyik csillag körül Forrás: NASA

Ennek alapján úgy tűnik, hogy a Tejútrendszer 1 naptömeg körüli csillagai körül átlagosan legalább egy bolygó kering, a csillagtól 0,5 és 10 csillagászati egység (Nap–Föld távolság) közötti távolságban. A Naphoz hasonló csillagok legalább 70%-a körül 85 napnál rövidebb keringési idejű bolygók köröznek. Fontos eredmény az M színképtípusú vörös törpék bolygóinak vizsgálata, a Tejútrendszer csillagainak mintegy 70%-a ugyanis ebbe az osztályba tartozik. Valószínű, hogy az ilyen csillagok körül is átlagosan legalább egy bolygó kering. Összességében a Tejútrendszerben található bolygók számát ma a csillagászok legalább 100 milliárdra becsülik.

A Naphoz hasonló színképtípusú (G és K) csillagok eddig felfedezett bolygóinak 17%-át tekintik a Földhöz hasonlónak (ahol a hasonlóság kritériuma pusztán a méret, a 0,8 és 1,25 földsugár közötti bolygókat a Földhöz hasonlónak tekintik, jóllehet fizikai viszonyaikról szinte semmit sem tudunk), bár a bolygók keringési ideje 85 napnál rövidebb, vagyis elég közel járnak a csillagukhoz. Figyelembe véve azonban, hogy a tranzit-módszerrel a nagyobb és a csillaghoz közeli bolygókat könnyebb felfedezni, a csillagászok arra következtetnek, hogy összességében a Tejútrendszerben a Földhöz hasonló méretű bolygók száma akár meg is haladhatja a sokkal nagyobbakét.

A zölddel jelölt lakható zóna kiterjedése a Napnál nagyobb és forróbb (fent) csillagok, a Naphoz hasonlóak (középen) és a vörös törpék (lent) körül Forrás: NASA

Mivel számos csillagot találtak, amelyek körül több bolygó is kering, felmerül az érdekes kérdés, van-e ezen rendszerek között szerkezetében a Naprendszerhez hasonló. Erre a szakemberek óvatosan kitérő választ adnak, mondván, hogy ennek eldöntéséhez még nem áll rendelkezésükre elég adat. Ez gyakorlatilag azt jelenti, hogy eddig nem találtak ilyent, nem is beszélve arról, milyen kritériumok alapján lenne egy bolygórendszer a miénkhez „hasonlónak” minősíthető. Mindamellett „meglapozott sejtések” szerint az idegen bolygórendszerek legfeljebb 1–20%-a mutathat némi hasonlóságit a Naprendszerrel. Az viszont bizton állítható, hogy a többes rendszerek 85%-ában a bolygók pályasíkja legfeljebb 3 fokkal tér el egymástól.

A Kepler-11 jelű csillag körül nem kevesebb mint hat bolygót talált az űrtávcső Forrás: NASA

A hasonlóságoknál több az érdekes eltérés. Úgy tűnik, hogy minél több bolygó van egy rendszerben, annál inkább kör alakúak a pályáik. Eszerint a bolygók elnyúlt pályákon keletkezhetnek, azután minél többen vannak, annál hatékonyabban „összerendezik” egymást a körhöz közelibb pályákra. Érdekes a viszonylag sok úgynevezett forró jupiter felfedezése. Ezek a csillagukhoz közel keringő, Jupiterhez hasonló tömegű bolygók. Ez szokatlan, mert egyrészt a Naprendszerben nincs ilyen, másrészt a bolygókeletkezési elméleteinkkel is nehezen egyeztethető össze. Elképzelhető, hogy a forró jupiterek a csillagtól távolabb keletkeznek, és valamilyen hatásra befelé vándorolnak.

Egy érdekes, eddig 20 exobolygó felfedezését eredményező módszer a relativitáselméleten alapuló gravitációslencse-hatáson alapul. Ezzel a csillaguktól nagy távolságra keringő bolygókra is eredményesen vadászhatnak. A kutatás legmeglepőbb eredménye, hogy nagyon sok a Tejútrendszerben szabadon kóborló, egyetlen csillaghoz sem tartozó bolygó. Előfordulhat, hogy némelyek nagyon távol keringnek egy halvány csillagtól, amelyet még fel sem fedeztünk. Valószínűbbnek tartják azonban, hogy ezek tényleg szabadon kóborolnak. Vélhetően azért, mert a bolygók keletkezése utáni viharos időszakban a többi égitest gravitációs hatása kirepítette őket a csillaguk környezetéből.

Fantáziarajz egy forró jupiterről. A csillagukhoz közel keringő, óriási méretű bolygókból sokat ismerünk, de csak azért, mert könnyű őket felfedezni – a Naphoz hasonló csillagok körül csak 0,5–1% valószínűséggel fordulnak elő Forrás: NASA

A Kepler-űrtávcső számára feltett legizgalmasabb kérdés az volt, milyen gyakoriak a Földhöz hasonló bolygók, amelyek csillaguk úgynevezett lakható zónájában keringenek (ahol folyékony víz létezhet a felszínen). Nos, úgy tűnik, hogy az M színképtípusú (vörös) törpecsillagok körében a lakható zónában keringő, földszerű bolygók gyakorisága 0,015, vagyis 67 ilyen csillag közül egynél fordulhat elő a kívánt bolygó. Következésképpen a legközelebbi, fedést okozó ilyen bolygó 95 fényévre lehet tőlünk, amelyik (eltérő pályahelyzete miatt) nem okoz fedést, arra akár 23 fényéven belül is számíthatunk – persze átlagosan.

Ezek a legfontosabb információk, amelyeket Sara Seager (MIT), az exobolygók kutatásának egyik vezető szakembere a Sky and Telescope augusztusi számában abból az alkalomból ad közre, hogy a Kepler-űrtávcső meghibásodása miatt a sikeres műszerrel lényegében befejeződött az adatgyűjtés.

Sara Seager a Massachusetts Műszaki Egyetem (MIT) professzora, fizikus és bolygókutató, fő kutatási területe az exobolygók. A Kepler-űrtávcső eredményei nyomán javaslatot tett a Drake-egyenlet korszerűsítésére. A MIT-en működő csoportjával CubeSat nanoműholdak sorozatát építi. Ezek egyikét 8,5 centiméteres kamerával szerelik fel, amellyel a legközelebbi, a Naphoz hasonló csillagok bolygóinak átvonulásait akarják keresni.

Sara Seager, a Massachusetts Műszaki Egyetem professzora, az exobolygók kutatásának specialistája Forrás: NASA

Exobolygó-kutató űrprogramok a Kepler után

A NASA két évig tartó válogatás eredményeképpen idén jelentette be, hogy az egyik következő tudományos programja a TESS küldetés lesz. A Föld-típusú exobolygókat kereső űrtávcső (Terrestrial Exoplanet Survey Satellite) gazdája a Massachusetts Műszaki Egyetem (MIT), a készítők 200 millió dolláros költségvetéssel készíthetik el a 2017-ben alacsony Föld körüli pályára állítandó műholdat. A távolabbi jövőt illetően a NASA egy olyan űrtávcső gondolatával is foglalkozik, amelyik képet tudna alkotni a nagyobb exobolygókról.

Az Európai Űrügynökség (ESA) ugyancsak 2017-ben tervezi pályára állítani a svájci vezetéssel készítendő CHEOPS műholdat. Ennek célpontjai olyan csillagok lesznek, amelyek exobolygóit a radiálissebesség-módszerrel már kimutatták, a CHEOPS érzékeny fényességmérésekkel ezen bolygók csillaguk előtti átvonulásait próbálja majd megfigyelni.