Megtalálták a Naprendszer testvérét
(Rovat: Űrcsillagászat Európában - 2013.10.29 07:15.)

A KOI-351 jelű csillag körül van az eddigi legkiterjedtebb bolygórendszer, ami ráadásul minden eddig találtnál jobban hasonlít saját Naprendszerünkre.

A Német Légi és Űrkutatási Központ (DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) egyik kutatócsoportja rátalált az eddigi legkiterjedtebb bolygórendszerre egy másik csillag körül: a KOI-351 jelű csillag körül hét bolygó kering – olyan sok, amennyi egyetlen másik ismert exobolygórendszerben sincs. (Az eddigi rekorderekben legfeljebb hat bolygó keringett egy csillag körül.) A bolygórendszer tulajdonságai meghökkentő módon hasonlítanak a mi Naprendszerünkéire, olyan mértékben, mint egyetlen másik ismert exobolygórendszeré sem. A mi Naprendszerünkben a kicsi kőzetbolygók keringenek a Naphoz közelebb, és a hatalmas gázóriások a Naptól távolabb. A KOI-351 az első és eddig az egyetlen ismert exobolygórendszer, ahol a bolygók a naprendszerbeliekhez hasonlóan vannak elrendezve: a kőzetbolygók belül, a gázbolygók kívül. Ugyanakkor a KOI-351 rendszere sokkal zsúfoltabb, mint a mi Naprendszerünk.

A felfedezés fontos lépés az „ikernaprendszer” megtalálása felé. A csillagászok már régóta keresik azt a bolygórendszert, ami hasonlít a mienkre, de az eddig megtaláltak mind nagyon különbözőek voltak. A Juan Cabrera által vezetett kutatócsoport nagy lépést tett ebbe az irányba. A most megtalált hetes bolygórendszerben három bolygó már korábban is ismert volt, ezek 331, 211 és 60 nap alatt járják körbe a csillagot, olyan távolságban, mint a mi Naprendszerünkben a Föld, a Vénusz illetve a Merkúr. A csapat azonban négy újabb, korábban nem ismert bolygót is felfedezett a rendszerben, és ezek rendre 7, 9, 92 és 125 nap alatt kerülik meg a csillagot. A legkülső bolygó olyan távolságban van a csillagtól, mint a Föld a Naptól. Vagyis hét bolygó zsúfolódott be abba a térrészbe, amit a mi Naprendszerünkben csak három bolygó tölt ki (a Merkúr, a Vénusz és a Föld).

Balra a KOI-351, jobbra a Nap bolygórendszerének bolygói, méretarányos pályáikkal. (Kép: DLR)

Az Astrophysical Journal folyóiratban megjelenő tanulmányukban a szerzők – közöttük második helyen egy magyar csillagász, Csizmadia Szilárd (DLR) – hangsúlyozzák, hogy ennek ellenére óriási a hasonlóság a KOI-351 és a Naprendszer között. Egyetlen másik jelenleg ismert exobolygórendszer sem mutatja azt a felépítést, mint amit a KOI-351 és a Naprendszer. Más bolygórendszerekben másképp helyezkednek el a bolygók, ebben a kettőben azonban a kicsi, kőzetekből álló Föld-szerű bolygók vannak belül, és a gázból álló, Jupiterhez és Szaturnuszhoz hasonló óriásbolygók kívül. Nem lehet eléggé hangsúlyozni, mennyire fontos ez a felfedezés. Hatalmas lépést jelent a Naprendszer „ikertestvérének” megtalálása felé vezető úton, de abba az irányba is, hogy egy, a Földhöz hasonló bolygót, az ún. „második Földet” megtaláljuk egyszer. Ennek az összetett bolygórendszernek a felfedezése nem csak új rekordot jelent az egy csillag körül keringő exobolygók számában, de segít megérteni a hasonló bolygórendszerek kialakulását.

A rendszerben található négy újabb bolygó felfedezését a DLR-ben Juan Cabrera által kifejlesztett speciális algoritmussal működő szoftver tette lehetővé. Nem egyszerűen tranzitokat kell keresni a Kepler-űrtávcső fénygörbéiben. Ügyelni kell arra, hogy a csillagfoltok, a műszerzajok és a bolygók keringési idejének apró változásai könnyen elrejthetik ezeket az apró, nehezen detektálható jeleket, ezért különös aprólékossággal kell a kereső algoritmust kifejleszteni. Ez és az ehhez hasonló más eljárások valószínűleg döntőek lesznek a jövendőbeli bolygókereső műholdak hatalmas adatbázisaiban történő vizsgálódások során. A folyóirathoz 2013. július folyamán beküldött tanulmány eredményeit egyébként október hó folyamán teljes mértékben megerősítette egy J. R. Schmitt által vezetett amerikai, amatőrcsillagászokat is bevonó kutatócsoport, akik vizuálisan vizsgálták át a Kepler fénygörbéit.

A KOI a Kepler Object of Interest (érdekes Kepler-objektum) rövodítése. A KOI objektumokat a NASA Kepler-űrtávcsöve észlelte 2008 és 2013 között, és többnyire bolygójelölteket takarnak. A KOI-351 mintegy 2500 fényévnyire van tőlünk.

A KOI-351 hetes rendszerében előforduló periódusrezonanciák még érdekesebbé teszik a felfedezést. Ilyen rezonanciák esetén két bolygó keringési ideje két egész szám hányadosa. Rezonanciák esetén nagyon felerősödhetnek a kölcsönös gravitációs perturbációs hatások. A rezonanciák a mi Naprendszerünkben is fontos szerepet játszanak, például a Jupiter-holdak esetében. A KOI-351 három bolygója éppen olyan típusú rezonanciákat mutat, amire még Laplace figyelt fel a 18. században a Jupiter holdjai esetében. A KOI-351 aranybányát jelent azoknak a kutatóknak, akik a bolygórendszerek keletkezését és a többtest-rendszerek stabilitási kérdéseit vizsgálják. A KOI-351 rendszerében fellépő rezonanciák azonban nagyon elbonyolítják az automatikus bolygókeresést. Ilyen esetekben ugyanis, a korábbiaktól eltérően, nem periodikus jeleket kell keresni. A KOI-351g jelű bolygónak a Keplerrel megfigyelt utolsó keringése például egy teljes nappal hosszabb ideig tartott, mint a megelőzőek. Hasonló zavarokat már korábban is megfigyeltek, de azok egy-két perccel, néhány kivételes esetben 1-2 órával változtatták meg a keringési időt.

A Naprenszer (fent) és más, négynél több bolygót tartalmazó ismert rendszerek összehasonlítása. A vízszintes tengelyen a bolygók keringési ideje napokban (logaritmikus skálán). A korongok átmérője a bolygók méreteire, a színe a típusra utal. (Kép: DLR)

Miután a CoRoT műhold és a Kepler-szonda meghibásodtak, már egyikük sem szolgálja az exobolygók keresését. Ezért a bolygókutató csillagászok most az Európai Űrügynökség (ESA) 2014-ben meghozandó döntését várják nagy reményekkel. Pozítiv döntés esetén ugyanis a következő évtized elején útnak indulhat a PLATO (Planetary Transits and Oscillations of Stars) műhold, amely a CoRoT és a Kepler tapasztalatait felhasználva kutatna fényes csillagok körül, az égbolt mintegy felén bolygók és bolygórendszerek után. Jelenleg ugyanis a CoRoT és a Kepler bolygójelöltjei többnyire túl halvány csillagok körül keringenek ahhoz, hogy tömegüket is meghatározhassuk. Így csak az átmérőjüket ismerjük. A PLATO bolygórendszerei azonban elegendően fényes csillagok körül keringenének ahhoz, hogy a tömegeket is jól lehessen mérni. Ez már lehetővé tenné, hogy a bolygók anyagi összetételét, és esetlegesen légkörüket is vizsgálni tudjuk majd. A légköri vizsgálatok pedig természetesen az első információt adhatják arra nézve, hogy van-e biológiai aktivitás a bolygón. A mostani felfedezés is azt mutatja, hogy érdemesebb lenne fényesebb csillagok körül hasonló bolygórendszereket fedezni – és kezünkben van a szoftver, ami automatikusan tudja detektálni őket a hatalmas jövendő adathalmazokban.

Mintegy 25 éve fedezték fel az első exobolygót. Azóta már több mint ezret találtak belőlük. 771 csillag körül azonban csak egy-egy bolygót ismerünk, csupán 171 csillag körül kering két vagy több bolygó. Mindössze maroknyi csillag ismert, amely körül öt vagy több bolygó kering, és csak egy exobolygórendszer, a most felfedezett KOI-351, ahol hét – ez a jelenlegi rekorder. (A mi Naprendszerünkben nyolc nagybolygót ismerünk.) Valószínűleg sokkal több ilyen rendszer is létezik, de nagyon nehéz őket felfedezni.

Csizmadia Szilárd