2012. január: Az exobolygók világa

Az első, Naprendszeren kívüli bolygókat (exobolygókat) 1992-ben fedezték fel a PSR 1257+12 jelű pulzár körül. Ezek a bolygók Föld méretűek, de a pulzár pusztító erejű röntgen- és gammasugárzása lakhatatlanná teszi a bolygókat. Jelenleg (2011. december 30.) 716 exobolygó ismert.

Az exobolygók keresésére többféle módszer is ismeretes.

A tranzit módszer talán a legismertebb, még amatőrök által is művelhető terület. A módszer alapját az adja, hogy a csillag fényében periodikus változásokat keresünk. De ezt a változást más is okozhatja, például egy, éppen csillag előtt elhaladó – de a mi Naprendszerünkhöz tartozó – kisbolygó, vagy esetleg egy eddig nem ismert másik csillag a rendszerben. Ezek alapján a keresés nagy odafigyelést igényel. Azonban ahhoz, hogy működjön a módszer, szükség van egy speciális körülményre: nevezetesen arra, hogy a bolygó pályájának pályahajlása (inklinációja) 90 fokhoz közel legyen. De a tranzit módszerrel lehet a legtöbbet megtudni az adott bolygóról. Nevezetesen a tömegét, a sugarát, a felszíni hőmérsékletét, összetételét, vagy esetleg a légkör összetételét is. Ez utóbbit csak spektroszkópiai elemzéssel lehet meghatározni. Ám ahogyan Hírportálunkon a múlt év szeptemberében olvashattuk, a fedési időpont változásából következtetni lehet egy másik bolygó létezésére a rendszerben (Kovács József, 2011. szept. 12).

Vázlatrajz egy exobolygó átvonulásáról

 A második legelterjedtebb módszer a radiális sebességek mérésén alapul. Ekkor a csillag körül keringő bolygó hatással van magára a központi égitestre, ezáltal ha a bolygó éppen felénk “jön”, akkor a csillag “távolodik”. És ugyanez fordítva is igaz. Ha a csillag távolodik, a fénye vöröseltolódást szenved, ha közeledik, akkor kékeltolódást. Ezt szintén spektroszkópiai elemzéssel ki lehet mutatni. Ám ez a módszer adja az exobolygófelfedezések döntő részét. Nem szükséges hozzá speciális eset (90 fokos inklináció), igaz, nem is lehet akkora pontossággal lehet megállapítani a bolygó tömegét, mint a tranzit módszerrel.

A Fomalhaut b jelű bolygó a Hubble Űrtávcső felvételén

A mikrolencsés keresési módszer a gravitációsmikrolencse-hatásra alapul. Ekkor egy közelebbi objektum egy távolabbi fényforrás fényét fokuszálja. Ebben az esetben a csillag és a bolygója a gravitációs lencse. Az exobolygók azonban szinte elvesznek csillaguk fényében, ezért  közvetlen kimutatásuk igen nehéz.

A legnagyobb méretű forró Jupiterek infravörös tartományban is jelentős mértékben sugároznak, így sikerült felfedezni a Fomalhaut b exobolygót. A fiatal csillagok körül protoplanetáris korong vagy valamilyen gázfelhő található, és ezeknek a változásából ki lehet mutatni egy bolygót.

A fentebb már említett, PSR 1257+12 jelű pulzár körül mutatták ki az első bolygókat egy látszólag egyszerű módszerrel. A pulzárok rettentő gyorsan forognak a tengelyük körül (1 milliszekundumtól 1 másodpercig), eközben rádióhullámokat bocsátanak ki. A pulzár körül keringő bolygó változásokat okoz a kibocsátott sugárzásban, és ezt elég pontosan ki lehet mutatni.

Manapság számos exobolygókereső-program működik, azonban itt csak a legfontosabbakat említeném meg. A HATNet talán mindenki számára ismert. Fedési módszerrel keresi a bolygókat, jelenleg hat darab 11 cm átmérőjű távcsövet üzemeltetnek, melyek látómezeje 8×8 fok. A HatNet 2003-as indulása óta 34 bolygót fedezett fel. Eredetileg változócsillagokat akartak keresni, csak később módosították a célkitűzést. A WASP (Wide Angle Search for Planets) program is tranzit módszerrel keresi a bolygókat, eddig 69-et fedeztek fel. Nem csak a földfelszínen léteznek keresőprogramok, hanem az űrben is. A “legfrissebb” program a Kepler. A NASA által üzemeltetett űrtávcső fő célja, hogy Föld méretű bolygókat találjon. Az űreszköz fedélzetén elhelyezett 95/140-es Schmidt távcsőnek 105 négyzetfokos látómezeje van. Ezt az égterületet 42 CCD chip fedi le, összesen 95 megapixellel – ez a legnagyobb kamera, amely űreszközön helyet kapott. 2009 májusa óta 33 exobolygót fedezett fel, 2326 jelöltet kell még igazolni. A másik fontos program a francia CoRoT (COnvection ROtation et Transits planétaires). A 27 cm-es távcső “szeme” 4 CCD chip 2,7 fokos látómezővel.

Bakos Gáspár és a Mauna Keán található két HAT távcső

Az eddigi legfontosabb eredményt az exobolygó-kutatásban az jelentette, amikor a Kepler Űrtávcső felfedezte az első Föld méretű bolygókat! Ez a Kepler-20 rendszer, mely öt bolygót tartalmaz – ezek közül a Kepler-20e és a Kepler-20f az érintett bolygók. Keringési idejük 6,1 illetve 19,6 földi nap. Mind az öt bolygó a Merkúr pályáján belül kering, ami azt jelenti, hogy az élet számára nem megfelelőek a körülmények. Ugyanis a felszíni hőmérséklet mindegyik esetben olyan magas, hogy a víz elpárologna a felszínükön. A központi égitest a Naphoz nagyon hasonló csillag, bár kicsit kisebb és hűvösebb. A csillagtól távolodva sorrendben a b, e, c, f és d jelű bolygók állnak. A b jelű bolygó 3,7, a c jelű 10,9 és a d jelű bolygó 77,6 földi nap alatt kerülik meg a csillagot.

A Kepler-20e és a Kepler-20f a Földhöz és a Vénuszhoz viszonyított mérete

Szintén a Kepler eredménye, hogy felfedezték az első bolygót, mely egy Naphoz hasonló csillag lakhatósági zónájában kering. A szóban forgó égitest a Kepler-22b. A 2,4 Föld sugarú bolygó 600 fényév távol van tőlünk, 290 nap alatt kerüli meg csillagát, ami kicsit kisebb és hűvösebb Napunknál. Ez az első megerősített bolygó a Kepler 54 jelöltje közül, melyek a lakhatósági zónában keringenek.

A Kepler-22 rendszer és a Naprendszer belső bolygóinak és pályáinak méretarányos ábrázolása a lakhatósági zónában 

Érdekesség, hogy felfedezték a Tatooine-t! De komolyra fordítva a szót, felfedezték az első olyan bolygót, a Kepler-16b-t, amely egy kettős rendszerben található. A rendszer központját 0,69 és 0,2 naptömegű csillagok alkotják, ezek 41 nap alatt kerülik meg egymást. Hozzájuk képest a bolygó 229 nap alatt kerüli meg a rendszer közös tömegközéppontját, és a bolygó mindkét csillag előtt elhalad. A Jupiternél kisebb méretű exobolygón a felszíni hőmérséklet kb. 170-200 K (-100…-73 °C), így bőven kívül esik a lakhatósági zónán.

Azt, hogy milyen egy bolygó-tranzit, vagy átvonulás, június 6-án kora reggel mi is átélhetjük. Akár szabad szemmel is megfigyelhetjük a Vénusz átvonulását a Nap előtt, természetesen megfelelő védőszűrőn át. 2117-ig nem lesz megfigyelhető hasonló jelenség.