Az első, kőzetekből álló, Föld-méretű exobolygó

Művészi illusztráció a Kepler-78b exobolygóról

Illusztráció.Karen Teramura, University of Hawaii, Institute of Astronomy

A Naprendszeren kívüli bolygókeresés célja egy olyan planéta megtalálása, amely a Föld ikertestvére lehetne: Föld-tömegű, kőzetekből áll, és egy Nap-típusú csillag körül kering egyéves periódussal.

Régebben számos nagy tömegű, Jupiter-szerű bolygót találtak, igen közel csillagaikhoz (forró Jupiterek), valamint sok kisebb, talán kőzetbolygót is, de ezek mind nagyobbak voltak, mint a Föld (szuperföldek). Ma már a mintegy ezer ismert exobolygó-rendszer közül több komplett „Naprendszert” ismerünk, ahol nem csak egy vagy kettő, hanem három vagy több bolygó is kering csillaga körül.

Az exobolygók felfedezése, kimutatása speciális eszközöket, különösen űreszközöket kíván. Ilyen a 2009-ben felbocsátott, de sajnos már nem megfelelően üzemelő Kepler űrtávcső, amely így is annyi adatot gyűjtött össze, hogy kiértékelésük hosszú évekre elég elfoglaltságot ad a csillagászok számára. Az adatsorokban még sok exobolygó rejtőzik, amilyen a most azonosított Kepler-78b is.

A fedési exobolygók felfedezésének elve

Illusztráció: University of Hawaii

A Keplert fedési exobolygók felfedezésére tervezték. Az űrben lévő bolygórendszerek közül sok olyan van, amely éppen síkjával fordul felénk, vagyis a rendszerben lévő bolygók időről időre elhaladnak csillagjuk korongja előtt, mini „napfogyatkozást” okozva. Mivel a bolygók átmérője sokkal kisebb a csillagénál, ez a fénycsökkenés néhány ezreléknyi, így nagyon pontosan kell mérnünk a csillag fényét, hogy ezt az igen kis csökkenést kimutathassuk. Erre csak a világűrből van esély, ezért bocsátották fel a Keplert.

A Föld-típusú bolygókat különösen nehéz kimutatni, mert kisebb átmérőjük miatt sokkal kevesebbet takarnak el a csillagból, mint a Jupiterhez hasonló planéták. Találati esélyeink úgy javíthatóak, ha a Napnál kisebb, halványabb vörös törpecsillagok körül keresünk kisebb méretű kőzetbolygókat, hisz az ilyen csillag esetén egy ugyanakkora abszolút értékű fénycsökkenés sokkal nagyobb mértékű, tehát könnyebben látható.

A hawaii Keck Obszervatórium és a helyi egyetem Csillagászati Intézetének (Manoa)  munkatársai a Kepler űrtávcső által felfedezett Kepler-78b-t vizsgálták. Ez a csillag 400 fényévre van Földünktől a Cygnus (Hattyú) csillagképben.

Az űrbéli felfedezés azonban nem elégsége, a bolygóról további adatokat kell gyűjteni. Erre a célra a világ második legnagyobb, 10 méteres tükrű távcsövét, a Keck I-teleszkópot használták. A bolygó 8,5 óra alatt járja körül a Napnál valamivel kisebb és halványabb csillagát. Ez az egyik legrövidebb periódusú bolygó, ami alig 1,5 millió kilométerre kering Napjától.

Ezzel az adattal létrejött az exobolygók új osztálya, az ultra-rövid periódusú bolygóké, de további érdekességek is kiderültek vele kapcsolatban.
A kutatócsoport szerette volna megmérni tömegét is, ezért a csillag színképéből megállapították, hogy mekkora mértékben „mozgatja meg” a bolygó a csillagot, miközben körülötte kering. A Doppler-effektus alapján a közeledő csillag színképe a kék, a távolodóé a vörös felé tolódik el, az eltolódás mértékéből pedig kiszámítható a sebesség. Ebből a sebességből a gravitációs törvények segítségével meg lehet állapítani annak a testnek a tömegét, amely vonzása révén kiváltja ezt a kis mozgást. Földünk a Napot nagyjából egy sétáló ember sebességével mozgatja meg, ezt nagyon nehéz kimutatni.

Andrew Howard, a hawaii Csillagászati Intézet munkatársa, és csoportja sikeresen vette az akadályokat, és a Keck-I távcső HIRES (nagyfelbontású Spektrométer) nevű műszerével kimutatta a csillag piciny sebességváltozásait, amelyek épp 8,5 óránként következtek be, vagyis ezt bolygónak kellett okoznia. Ez alapján a kérdéses égitest tömegét 1,7 földtömegnek találták, amelyhez – a Kepler mérései szerint – 1,2 földátmérő tartozik. Így a bolygó sűrűsége is meghatározhatóvá vált: ez az érték a Földéhez nagyon közel áll (kb. 5 g/cm3), vagyis ez az égitest kőzetekből épülhet fel. Nagy valószínűséggel hasonló belső szerkezettel is rendelkezik: külső kérge könnyebb ásványokból, főleg szilíciumból, oxigénből és könnyű fémekből áll, magja viszont nagy mennyiségben tartalmaz ként, vasat, nikkelt is. Ezek az elemek megtalálhatók a világűrben ott, ahol kőzetek vannak. A csillagok élete végén épp ezek az elemek keletkeznek, majd bekerülnek a csillagközi térbe. Az átlagsűrűségből nagyjából meg lehet mondani, miből áll az égitest. Nem lehet olyan kombináció, hogy 1/10-ed rész arany és 9/10-ed rész hidrogén, hiába lenne hasonló az átlagsűrűség, mert ezek együtt nem fordulnak elő.

Kérdés, hogy a bolygók eme új osztályának első tagja hogyan jöhetett létre a csillaghoz ilyen közel. Talán nem is jelenlegi pályáján alakult ki, hanem távolabb, csak az idők során közelebb vándorolt. Ha így van, akkor talán sokkal nagyobb tömegű lehetett, esetleg egy gázbolygó, amely a csillag erős hőhatása miatt elvesztette külső rétegeit, csak kőzetekből álló magja maradt vissza. Erről azonban nincsenek megbízható információk, így a kérdés megoldása várat magára.

A fenti eredmények (a bolygó méretére, tömegére és sűrűségére kapott adatok) nagyon megbízhatónak tűnnek, mivel hasonló értékeket kapott a Genfi Egyetem, Francesco Pepe csillagász által vezetett kutatócsoportja is.

A független módszerekkel megerősített eredmények a tudományban nagy fontossággal bírnak, hiszen igazolják, hogy tényleg valós adatok birtokába jutottunk, és nem csupán mérési hibáról van szó.

A mért adatok nagyon hasonlónak tűnnek a Földéhez, ám a csillagától mért rendkívül kicsiny távolság miatt a bolygó felszíne nagyon forró. A közelség és a tömegkülönbség miatt szinte egészen biztos, hogy mindig ugyanazt az oldalát fordítja a csillaga felé, ahogy a mi Holdunk is teszi körülöttünk. A bolygó csillag felőli oldala teljes mértében olvadt lehet, míg a „sötét” oldalon a láva felszíne kéregszerűen megszilárdul. A bemutatott illusztráción ezek a tulajdonságok remekül láthatóak.
Végül is, hiába találtunk egy Földhöz hasonló méretű és tömegű bolygót, ez még nem ikertestvérünk, hanem maga a tüzes pokol. Ám a Kepler adatbázisában még legalább 3000 potenciális bolygójelölt lapul, így ezek földi távcsövekkel való kimérése évtizedekre elegendő munkát ad a csillagászoknak, tehát még új, izgalmas felfedezések várhatóak.

Írta: Sánta Gábor, Magyar Csillagászati Egyesület Polaris Csillagvizsgáló

Forrás:www.astronomy.com/authors/university-of-hawaii