Ahol egy év nyolc óráig tart
(Rovat: Távoli világok kutatói, Űrcsillagászat Európában , Amerika és az űrcsillagászat - 2021.12.02 20:00.)

Az eddigi egyik legkisebb tömegű, csillagát alig 8 óra alatt megkerülő exobolygót fedezte fel a TESS űrtávcsővel egy nemzetközi kutatócsoport, vezető magyar szerzővel.

A tekintélyes Science folyóiratban frissen megjelent publikáció egyik vezető szerzője magyar csillagász, Csizmadia Szilárd, a Német Légügyi és Űrkutatási Központ (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR) munkatársa.

A Marsnál alig nagyobb GJ 367b jelű miniatűr exobolygó egy közeli vörös törpecsillag, a Naphoz képest feleakkora GJ 367 körül kering. A bolygó sugara a Földének (72±5)%-a, tömege pedig (55±8)%-a. (Fantáziakép: SPP 1992 / Patricia Klein)

A GJ 367 jelű, galaktikus tőszomszédságunkban – tőlünk alig 31 fényévnyi távolságra – levő csillag egy vörös törpe. A csillag körül felfedezett exobolygó igazán különleges, hiszen a ma ismert közel 5000 Naprendszeren túli bolygó között a legkisebbek közé tartozik. Keringési periódusa 8 óra, vagyis harmadannyi idő alatt meg is kerüli a csillagát, mint ahogy a mi Földünk egyszer megfordul a tengelye körül. A mérések szerint a bolygó átmérője 9000 km körüli, ennek alapján picit nagyobb a Marsnál. Az ilyen kis méretű exobolygók tanulmányozása fontos lehet a Földhöz hasonló kőzetbolygók kialakulásának, fejlődésének megértéséhez. Az ennyire rövid periódusú – vagyis csillaguktól mérve nagyon kis távolságban keringő – bolygók eredete még rejtélyesnek számít.

A ma ismert kis méretű bolygók sugara a tömegük függvényében (a Föld sugarát és tömegét 1 egységnek véve). Összehasonlításul a Naprendszer kőzetbolygóit is feltüntették a grafikonon. A GJ 367b a Mars és a Föld között helyezkedik el. Körök jelölik azokat az exobolygókat, amelyeknek a tömegét csillaguk színképvonalainak periodikus Doppler-eltolódása alapján, a radiális sebesség mérésének módszerével határozták meg. A háromszögekkel jelölt bolygók esetében a tömegeket a csillag előtti átvonulási időpontjaik hosszabb távú változása alapján számították ki. A GJ 367b az egyik legkisebb ismert exobolygó, és az eddigi legpontosabb radiálissebesség-méréssel sikerült meghatározni a tömegét. A szimbólumok színeinek is van jelentése, az exobolygók csillaguk által megvilágított nappali féltekéjének hőmérsékletére utalnak. A tömeg–sugár összefüggésből a bolygó magjának összetételre lehet következtetni. Az újonnan felfedezett GJ 367b esetében valószínűleg a vas dominál az égitest belső felépítésében, hasonlóan a Merkúrhoz. (Kép: DLR / Kristine Lam)

Negyed évszázaddal az első exobolygók felfedezése után ez a kutatási terület még mindig rengeteg izgalmas felismeréssel szolgál. A fő feladat napjainkban már nem csak az újak felfedezése, hanem a bolygók egyre pontosabb jellemzése, osztályozása. Az exobolygók túlnyomó többségét ún. tranzit módszerrel, a csillaguk előtti átvonulásukkor okozott apró fényváltozások alapján fedezték fel. Erre szolgálnak a pontos fényességméréseket lehetővé tevő űrtávcsövek, mint az amerikai TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) is, amellyel a GJ 367b létezését sikerült kimutatni. Ugyanakkor a bolygók tulajdonságainak pontos meghatározásához szükség van csillaguk látóirányú (radiális) sebességében tapasztalható periodikus változások megméréséhez is. Ezek amiatt lépnek fel, mert a bolygó mintegy „rángatja” csillagát, amellyel közös tömegközéppont körül keringenek. Jelen esetben a precíz méréseket a HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) spektrográf szolgáltatta, amely az Európai Déli Obszervatóriumok (ESO) chilei (La Silla) 3,6 m-es távcsövére van szerelve. El lehet képzeni, hogy egy ennyire apró bolygó milyen jelentéktelen hatással van csillagának mozgására. A GJ 367b esetében a radiális sebesség változásának amplitúdója mindössze (79,8 ± 11,0) cm/s – ez az érték nagyjából fele akkora, mint egy sétáló ember sebessége!

A GJ 367b zajoktól megtisztított, a keringési periódus figyelembe vételével összegzett fedési fénygörbéje a keringési fázis függvényében. Érdemes megfigyelni a függőleges tengelyen, hogy mennyire kis mértékben csökken a csillag fényessége a bolygó áthaladásakor. (Kép: Kristine Lam, Csizmadia Szilárd és munkatársai, 2021)

A felfedezés egyáltalán nem volt egyszerű. Szükség volt hozzá egy olyan kifinomult adatfeldolgozási módszerre, amelynek alapján a TESS zajos fénygörbéjében meg lehetett találni egy igen gyenge periodikus jelet, amint tőlünk nézve a bolygó 8 óránként rövid időre áthalad a csillaga előtt. Csizmadia Szilárd elképzelhetőnek tartja, hogy egyszer ennek a módszernek a tudományos-műszaki életben, a jelfeldolgozásban más gyakorlati alkalmazása is lehet.