Extragalaktikus exobolygó
(Rovat: Távoli világok kutatói, Amerika és az űrcsillagászat - 2021.11.20 07:15.)

Így nevezhetnénk, amit amerikai csillagászok felfedezni véltek. Mire igazolják a felfedezést, talán szebb nevet is kigondolhatunk az objektumnak.

A Tejútrendszerben már közel 5000 exobolygót ismerünk, nem is beszélve a további több ezer, bizonytalanabb „jelöltről”. Joggal tételezhető fel, hogy más galaxisokban is hasonló számban fordulhatnak elő bolygók, amelyek felfedezése azonban a rendelkezésünkre álló módszerekkel nem lehetséges. Amerikai csillagászok azonban Rosanne Di Stefano (Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian) vezetésével innovatív módszert dolgoztak ki, amellyel megtették az első lépést az első extragalaktikus exobolygó felfedezése irányában.

Üröm az örömben, hogy még ha sikerülne is bebizonyítani a bolygó létét, az meglehetősen barátságtalan, mondhatni ellenséges környezetben van: egy fekete lyuk körül kering. Pontosabban, a bolygójelölt egy olyan röntgensugárzó kettős rendszerben (XRB, X-ray emitting binary) kering, amelyben egy fekete lyuk vagy neutroncsillag anyagot szív magába kísérőcsillagáról. Meglepő lenne egy ilyen vad rendszerben bolygót találni, de gondoljunk arra, hogy a Tejútrendszerben az elsőként felfedezett exobolygót is egy kísérőcsillagáról anyagot elszívó neutroncsillag körül fedezték fel.

A módszer lényege a következő. A kísérőcsillag anyaga spirális pályán zuhan a fekete lyukba, miközben egyre jobban felforrósodik. A viszonylag kis átmérőjű „torok” közelében már annyira forró az anyag, hogy termikus röntgensugárzást bocsát ki. Ha ezen a röntgensugárzó tartományon kívül egy bolygó kering a fekete lyuk körül, akkor megfelelő irányú rálátás esetén fedés jöhet létre, amely Föld méretű bolygó esetén percekig, Jupiter nagyságú test esetén akár órákig tarthat. Di Stefano és munkatársai három, viszonylag közeli galaxisban keresték az XRB források sugárzásának ilyen átmeneti csökkenését. A galaxisok közül kettő lapjával fordul felénk, az M51 (Örvény-köd) és az M101 (Szélkerék-galaxis), míg a harmadikat, az M104-et (Sombrero-galaxis) éléről nézve látjuk.

Munkájukat a 28 millió fényév távolságban lévő Örvény-köd (M51) esetében koronázta siker. A galaxisban található az XRB M51-ULS-1 rendszer, amelyben egy fekete lyuk szívja el a körülötte keringő, nagy tömegű, fényes kék óriáscsillag anyagát. A fekete lyukba hulló anyag röntgensugárzó tartománya mintegy 50 000 km átmérőjű. A csillagászok megfigyelték, hogy a röntgenforrás fényessége három órára a tizedére csökkent, majd visszaállt a korábbi sugárzási szint.

Lehetséges, hogy a 28 millió fényévre lévő Örvény-ködben egy bolygó haladt át egy fekete lyuk körüli röntgenforrás előtt. A fekete lyuk anyagot szív magához a kísérőcsillagáról, az anyag annyira felforrósodik, hogy röntgensugárzást bocsát ki. Ezt a röntgenforrást takarta el rövid időre a feltételezett bolygó. (Forrás: NASA Chandra X-ray Observatory, YouTube)

Természetesen nem feltétlenül bolygónak kell az elhalványodást okoznia, ezért a kutatók más lehetőségeket is megvizsgáltak. Ki tudták zárni egy gázfelhő áthaladását a forrás előtt, mint ahogy azt is, hogy esetleg átmenetileg megszakadt a fekete lyuk anyagutánpótlása, mert ezekben az esetekben az elhalványodásnak a különböző energiákon eltérő időben kellett volna jelentkeznie, a valóságban azonban nem ez volt a helyzet: a halványodás az egész mérési tartományban egyszerre történt. Az áthaladó égitest nem lehetett fehér törpe sem, mert annak gravitációslencse-hatása inkább felerősítette volna a sugárzást ahelyett, hogy elhalványította volna.

Ha az Örvény-ködben megfigyelhető röntgenkettős sugárzásának elhalványodását valóban egy bolygó okozta, akkor a megfigyelt jelenség az ábra szerinti elrendezésben jöhetett létre. A Szaturnusz nagyságú bolygó mintegy három órára takarhatta el az 50 000 km körüli átmérőjű, röntgensugárzó tartományt. Feltételezett pályája olyan nagy átmérőjű, hogy egyhamar nem számíthatunk a jelenség megismétlődésére. (Kép: NASA / CXC / M. Weiss)

Végül egy bolygó feltételezése bizonyult a legjobb magyarázatnak. Az adatok elemzéséből arra következtettek, hogy a röntgenforrás előtt elhaladó égitestnek a Jupiternél kisebbnek kell lennie. Az sem zárható azonban ki, hogy az égitest a barna törpék, sőt esetleg a kis tömegű csillagok mérettartományába esik. A kutatásban közvetlenül részt nem vevő egyik kollégájuk, Scott Walk szerint rendkívüli szerencse kell ahhoz, hogy ilyen módon valóban elkapják egy bolygó átvonulását. A kutatók eddig 2000 fénygörbét vizsgáltak át, Walk számításai szerint egy a millióhoz nagyságrendjébe esik annak a valószínűsége, hogy az ekkora adathalmazban találnak egy bolygó okozta átvonulást. Di Stefano viszont arra mutatott rá, hogy egyelőre nem tudjuk, hány XRB rendszerben lehetnek bolygók, így azt sem lehet megmondani, mennyire különleges az a jelenség, amelyet megfigyeltek. Reményei szerint az elkövetkező évtizedekben sikerül ezeket a kérdéseket tisztázni.

A fehér négyzet jelöli az M51 galaxisnak azt a tartományát, amelyen belül a vizsgált röntgenkettős elhelyezkedik. A jobb oldali képen a röntgenkettős és a bolygó fantáziarajza látható. (Kép: X-ray: NASA / CXC / SAO / R. DiStefano, et al.; Optical: NASA / ESA / STScI / Gendler)