Sötét világok nyomában a Kepler-űrtávcső

Művészi illusztráció egy vándorló exobolygóról

A Kepler-űrtávcső segítségével számtalan exobolygójelöltet sikerült azonosítani, több mint ezer esetében nyert megerősítést a felfedezés. Azonban a leggyakoribb exobolygó-kutatási módszerek főként a csillagukhoz közeli égitesteket tudták azonosítani, míg a távolabbi pályákon keringő vagy éppen csillag nélkül a galaxisban vándorló exobolygók rejtve maradtak előlünk. Ezen sötét világok felfedezésére irányulna a Kepler-űrtávcső következő kutatási programja, amely a következő hónapokban zajlana. Sajnos a legfrissebb hírek arról árulkodnak, hogy az űrtávcsőn valamiféle meghibásodás történhetett, így kérdéses az új kutatási program elindulása is. 

Exobolygó-kutatás

Az elmúlt közel 20 évben a technológiai lehetőségek bővülésével közel 5000 exobolygót (a Naprendszerünkön kívüli bolygót) sikerült felfedezni, ami igen jelentős szám. A legtöbbjük a csillagához igen közeli pályán keringő égitest, de mi a helyzet a lényegesen távolabbi pályákon keringő társaikkal (például a Jupiterhez vagy a Szaturnuszhoz hasonló pályán)?

A "vándorló" exobolygók száma jóval nagyobb lehet, mint korábban hittük Forrás: NASA

Ami még ennél is szokatlanabb, hogy vannak olyan exobolygók is, amelyek csillag nélkül vándorolnak az Univerzumban. Az ilyen exobolygók észlelése nagyon nehézkes, mivel szinte semmi fény nem származik tőlük, illetve központi csillag híján annak vizsgálatával sem találhatjuk meg őket. Egy tanulmány szerint az ilyen jellegű exobolygók száma jóval nagyobb lehet, mint korábban hittük, még a látható csillagok számát is felülmúlhatja!

Magányos, sötét világok a csillagok között

Nemrégiben sikerült egyértelműen felfedezni az exobolygók egy új osztályát, Jupiter méretű gázóriásokat, amelyek a galaxisunkban szabadon vándorolnak, központi csillag nélkül.

Feltehetőleg gravitációs perturbációs hatások következtében lökődhettek ki az eredeti csillagrendszerükből, amelyben születtek.

Már korábban is feltételezték a csillagok között vándorló, egyedülálló exobolygók létezését, azonban először egy 2006–2007-ben zajló kutatás tudta igazolni a létezésüket. A kutatás keretében a saját galaxisunk központi régióját vizsgálták át nagyon alaposan, és mintegy tíz központi csillag nélküli gázóriást sikerült azonosítani.

Művészi illusztráció egy vándorló exobolygóról Forrás: Wikimedia Commons

A felfedezett közel Jupiter nagyságrendű bolygók mintegy 10 000 és 20 000 fényév távolságban találhatók a Földtől. Csupán egy kis tartományt vizsgáltak át a galaxisunkból, de a kapott eredmények alapján a becsléseik arra utaltak, hogy ezen exobolygók gyakorisága igen nagy lehet,

számuk akár a kétszerese is lehet a megfigyelhető csillagokénak.

Az eredményekből arra következtettek, hogy az ilyen vándorló exobolygók alapvetően egy csillag körül alakulhattak ki, aztán gravitációs hatások következtében kilökődtek, akár még a korai, bolygókeletkezési korszakban. A megfigyelések ugyan nem zárják ki teljesen annak a lehetőségét, hogy a felfedezett bolygók mégis egy csillaghoz tartoznak, és csupán nagyon távoli, elnyújtott pályán mozognak, azonban ennek a valószínűsége meglehetősen csekély.

A vándorló exobolygók alapvetően egy csillag körül alakulhattak ki, aztán gravitációs hatások következtében kilökődtek Forrás: ESO

A keresés nem volt elég érzékeny a Jupiter méreténél lényegesen kisebb bolygókra, így a Földhöz közeli méretű objektumokat nem tudtak azonosítani. Azonban a kisebb tömegű (méretű) bolygók kilökődése könnyebben megtörténhet, így a Földszerű bolygók képviselői még többen is lehetnek a magányos bolygók családján belül, mint a gázóriások.

Vajon miként lehetett detektálni ezeket a sötét, csillag nélküli világokat?

A gravitációs mikrolencsehatás

A detektáláshoz ezen exobolygók más csillagok fényére gyakorolt gravitációs hatását használták fel. Egy bolygó gravitációja hatással van a fényre is, ezáltal egy távolabbi csillag fénye, amikor elhalad a Föld felé tartó útján az exobolygó közelében, elhajlik, és a bolygó tulajdonképpen egyfajta fókuszáló lencseként viselkedik a földi megfigyelőállomás számára, amely azt érzékeli, hogy az adott csillag fénye egy rövid időre felerősödött.

Mennél nagyobb tömegű, tehát gravitációjú, a vizsgált exobolygó, annál jelentősebben tudja fókuszálni és ezáltal megnövelni a csillag fényét, és annál hosszabb időn keresztül tapasztalható a fényességnövekedés, így a felfedezett objektum tömegére is lehetséges becsléseket adni.

Ez a gravitációs mikrolencsehatás, amely lehetővé teszi a csillag nélkül vándorló exobolygók kimutatását is.

A gravitációs mikrolencsehatás Forrás: NASA Ames/JPL-Caltech/T. Pyle

A módszer alapvetően a csillagokban gazdag helyen alkalmazható, mint például a galaxisunk középpontja.

A Kepler-űrtávcső következő kutatási programja

A NASA K2 küldetése keretében a Kepler-űrtávcső a következő három hónap során a csillagok között vándorló, központi csillag nélküli exobolygókat keresi majd, ha a távcső vélhetően hibás üzemállapotát sikerül helyreállítani.

A kutatás során a galaxisunk központi régiójában található csillagok fényességében végbemenő változásokat fogják figyelni. Egy csillagközi vándorbolygó által okozott gravitációs hatás eredményeképpen ugyanis tipikusan néhány napra növekedhet meg a vizsgált csillag fénye, amikor az exobolygó éppen a Föld és a megfigyelt csillag között halad el.

A Kepler forradalmasította az exobolygók kutatását. Az összes megerősített Naprendszeren kívüli planéta több mint felét, ezernél is többet a Kepler jegyzi. Az űrtávcső extrémpontos fényességmérésének hála jóval többet tudunk a csillagok szerkezetéről is Forrás: NASA Ames/JPL-Caltech/T. Pyle

Mindeközben földi megfigyelésekkel támogatnák a Kepler-űrtávcső vizsgálatait, így az eredmények összevetésével a megtalált exobolygók helyzete is becsülhető lenne.

Várható eredmények a Kepler kutatásából

Ez a három hónapos gravitációsmikrolencse-kutatás kiemelten fontos a NASA számára, hiszen a 2020-as években indítandó WFIRST (Wide-Field Infrared Survey Telescope) küldetés egyfajta előfutárának tekintik.

A WFIRST programban egy infravörös tartományban érzékeny űrteleszkóp valósulna meg, amely többek között kifejezetten gravitációsmikrolencse-kutatást is végez.

A Kepler éveken át kereste az exobolygókat Forrás: NASA Ames/W. Stenzel

Remélhetőleg a tervezett küldetés a jelenlegi lehetőségeknél sokkal alaposabb kutatásokat tesz majd lehetővé a csillagok között vándorló exobolygókra vonatkozólag. A legfrissebb hírekből úgy tűnik, hogy a mérnököknek sikerült visszaállítaniuk a Kepler-űrtávcső állapotát a normális, tudományos üzemmódba, és elkezdheti a következő megfigyeléseit, amelyben a sötét, csillagközi vándorbolygókat keresheti majd.