Hat bolygót fedeztek fel magyar szakemberek közreműködésével egy közeli csillag körül – derül ki egy, a Nature folyóiratban szerdán közölt tanulmányból. A HD 110067 csillag Föld és Neptunusz közé eső méretű égitestekből álló bolygórendszere akár több milliárd éve változatlan lehet, és a jelenlegi legjobb lehetőséget biztosíthatja a csillagászoknak exobolygók légkörének tanulmányozására.

Ez a hat bolygóból álló rendszer az, „ami jelenleg a legalkalmasabb a James Webb [űrtávcső használatával] ilyen, Neptunusznál kisebb bolygólégkörök spektroszkópiájára, tehát hogy a légkörön átszűrődő csillagfényben ki lehessen mutatni a bolygólégkörök elnyelését” – mondta a Qubitnek Kiss László, a HUN-REN Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont igazgatója, a Nature-ben megjelent tanulmány társszerzője, aki szerint ez lehetett az oka annak, hogy a szakcikk bekerült a világ egyik vezető tudományos folyóiratába.

A publikáció többi magyar szerzője, Bárczy Tamás, Csizmadia Szilárd, Simon Attila és Szabó Gyula a csillagász szerint a CHEOPS európai űrtávcső létrehozásában vagy tudományos programjában történő részvétele miatt került a kutatásba, amit Rafael Luque, a Chicagói Egyetem kutatója vezetett. Kiss úgy látja, az exobolygó-kutatás ma annyira szédületes sebességgel fejlődik, hogy azok a megfigyelések, amiket most több évvel előre terveznek, a végrehajtásuk idejére már lehet, hogy vagy megoldott, vagy tudományos szempontból kevésbé érdekes kérdéseket válaszolnak meg.

Kiss szerint ez a bolygórendszer egy olyan „puzzle” a bolygók keletkezésében és fejlődésében, amihez hasonlót eddig még nem ismertünk. Mind a hat, Földnél nagyobb és Neptunusznál kisebb, szakszóval szubneptunusz méretű exobolygó közel kering a tőlünk nagyjából 105 fényévre található csillagához. Ennek következtében a legbelső bolygó 800-900 Kelvin fok egyensúlyi hőmérsékletű, a legtávolabbi pedig 400-440 fokos, vagyis a bolygók nagyobbak és forróbbak, mint a Földünk, mondta a csillagász. Három bolygónak a mérete olyan nagy, hogy valószínűleg sűrű, hidrogénből álló légköre van.

A rendszert különlegessé teszi, hogy mind a hat bolygó rezonanciában kering egymáshoz képest, ami azt jelenti, hogy a rendszer egy finom egyensúlyi állapotban van, és a bolygók pályái gyakorlatilag változatlanok. A rezonancia egy ilyen rendszerben a stabilitást erősíti, aminek kialakításában a csillag árapályhatása is részt vesz. Hasonló jelenség figyelhető meg a Jupiternél, ahol az Io, Europa és Ganymedes holdak 1-2-4 rezonanciában keringenek, amihez esetükben szükség van a holdak enyhe excentricitására, mondta a kutató.

Asztrofizikus nyomozómunkával fedezték fel a bolygókat

A HD 110067 csillagot az amerikai TESS exobolygó-kutató űrtávcső észlelte kétszer 27 napig, két év különbséggel. A távcső a csillag előtt elhaladó bolygóknak a csillag fényességére gyakorolt hatásait figyeli, és ennél a csillagnál talált két bolygót, valamint egy olyan fényességváltozást, aminek a két megfigyelési időszak alatt nem volt párja. Azzal az elemi feltevéssel, hogy ezek a bolygók esetleg rezonáns rendszert alkothatnak, sikerült a belső három bolygó (HD 110067 b, c, d) beazonosítása, ami Kiss szerint egy „asztrofizikus nyomozómunka volt”. Amikor róluk kiderült, hogy periódusarányaik három tizedes pontossággal éppen három a kettőhöz arányban állnak, akkor jöhetett a nyomozás második része.

Miután a TESS és az Európai Űrügynökség (ESA) CHEOPS exobolygó-kutató űrtávcsöve segítségével sikerült a három belső bolygót azonosítani, a bolygórendszer további dinamikai vizsgálatai mutattak arra rá, hogy valójában itt három további bolygó (HD 110067 e, f, g) is kering. „Ezzel a négynél több bolygós exobolygó-rendszerek legfényesebbikét sikerült megtalálni” – mondta Kiss.

A szakember szerint „a CHEOPS nélkül soha nem lehetett volna kideríteni azt, hogy mi történik” a rendszerben, és szerinte óriási érték az, hogy az európai űrtávcső lényegében bármikor ráirányítható az égbolt bármely pontjára, ami egyszerre előnyt jelent az űrbeli, égboltfelmérést végző, és ezért akármikor nem átállítható távcsövekhez, valamint a kevésbé pontos földi távcsövekhez képest.

Az amerikai TESS egy területet maximálisan 27 napig tud mérni, majd odébb kell fordulnia, és így az adatsorokba a hosszabb keringési periódussal rendelkező bolygókból jó esetben egy kerülhet be. A feltételezett periódusok alapján kiszámolt időkben a CHEOPS nyomon követő („follow up”) megfigyeléseket végzett, mondta Kiss. Így sikerült megtalálni az adott periódusoknál várt csillagfedéseket, ami szerinte igazolja azt a küldetési koncepciót, amit a svájci konzorciumvezetők még 10 évvel ezelőtt kigondoltak.

A kutatáshoz a földi CARMENES és HARPS-N spektroszkópok által gyűjtött radiális sebességváltozást mérő adatokat is felhasználtak, amik lényegében azt mutatják meg, ahogy a bolygók rángatják a csillagukat. Ezzel meg tudták erősíteni a HD 110067 f bolygó létezését, valamint meg tudták határozni a HD 110067 b, d és f bolygók tömegét, és a többi bolygónál is egy maximális értéket tudtak rendelni hozzá.

A csillagász szerint bármilyen tudományos tervük is volt arra évekkel ezelőtt, hogy a CHEOPS űrtávcső mire lesz majd jó, ahogy bejöttek a korábban nem ismert, érdekes bolygórendszerek, már nekik teljesen természetes volt, hogy „módosítjuk a terveket, adaptálódunk a valósághoz és akkor a CHEOPS-szal olyan célpontokat fogunk mérni, amelyek tudományosan érdekesek, nem pedig olyanokat, amik 3-4-5 évvel korábbi tudományos tervekben szerepeltek” – mondta.

Sokkal alkalmasabb bolygólégkörök vizsgálatára, mint a híres TRAPPIST-1 rendszer

A csillagász szerint nem tudjuk a rendszer pontos korát, de egyes jellemzői alapján valószínűleg egy idősebb, legalább egymilliárd éves csillagról van szó. Egy ilyen, K-típusú csillagnál csak asztroszeizmológiával lehetne pontosabb becslést adni, de ehhez a méréshez még a TESS-nek is halvány a csillag. Kiss elmondta, a tanulmányban amellett érvelnek, hogy a rezonancia már a rendszer keletkezésekor kialakult, és azóta így is maradt. Ilyen rezonanciák fiatal törmelékkorongos csillagok körül gyűrűket és űröket alakítanak ki, magyarázta. Ezek gyönyörűen látszanak a James Webb űrtávcső által a Fomalhaut csillagon végzett megfigyelésekben, amit Gáspár András, a tucsoni Arizonai Egyetem csillagásza vezetett, ahogy arról korábban írtunk a Qubiten.

Abban az infravörös sávban, ahol a bolygólégköröket vizsgálják, a HD 110067 a Földhöz való közelsége, mérete és színképtípusa miatt negyvenszer fényesebb, mint a TRAPPIST-1 törpecsillag, így Kiss szerint sokkal alkalmasabb az ilyen mérésekre. Bár a TRAPPIST-1-gyel ellentétben nem Föld-szerű kőzetbolygók keringenek körülötte, de „az ilyen mini Neptunuszok területe az egy nagyon ismeretlen valami”. Az is számít, hogy ezek a bolygók a csillagukhoz képest viszonylag nagyok, és észlelhető jelet hagynak a csillagfényen, de a legfontosabb, hogy a csillag közel van hozzánk, így Kiss szerint a James Webb spektroszkópiai metrikája erre a csillagra számos más bolygórendszernél magasabb.

Kiss azt állítja, most két irány látszik a bolygórendszer további kutatására: egyrészt elméleti vizsgálatok a rendszer dinamikájának feltérképezéséhez, másrészt pedig a James Webb űrteleszkóppal végzendő bolygólégkör-vizsgálatok. Ez a csillag szerinte tudományos ismeretterjesztés szempontjából is sokkal kézzelfoghatóbb, mint a közismert TRAPPIST-1, amely körül 7 kőzetbolygó kering, köztük több a csillag lakhatósági zónájában.

A halvány törpecsillaggal ellentétben a HD110067 egy lényegében bármelyik bemutató csillagvizsgálóból megfigyelhető, ragyogó narancssárga csillag, így Kiss László szerint „rá tudsz mutatni, hogy nézzétek, ott, 105 fényévre tőlünk van legalább 6 bolygó”, még ha az azok által okozott fényességváltozás ezekkel a műszerekkel nem is észlelhető.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: