Csillagvizsgáló

Exobolygók lencsevégen!

2017. február 01. - PFreddy

Mostanra már több ezer bolygót ismerünk a Naprendszer határain túl, velük kapcsolatos ismereteink viszont erősen korlátozottak. Vannak módszereink a felfedezésükre, meg tudjuk állapítani közelítő méretüket és tömegüket, csillaguktól mért távolságuk alapján pedig becsléseket tehetünk a hőmérsékleti viszonyaikra. Néhány kivételes esetben még a légkörükben található gázok is azonosíthatóak. Látni azonban szinte sose láthatjuk őket – legalábbis a közelmúltig ez volt a helyzet. A világ legnagyobb teleszkópjára ugyanis új műszert szereltek fel, amellyel sokkal effektívebb lesz a direkt képalkotás exobolygók esetében; bónuszként pedig elképesztő felvételeket kaptunk egy négyes bolygórendszerről!

1-kepler186f.jpg

Persze azért nem ennyire jó felvételekről van szó... (Fantáziarajz, forrás: NASA Ames/SETI Institute/JPL-Caltech)

Az exobolygóknak (minden olyan bolygó, amely nem a Nap, hanem egy másik csillag körül kering) nincs saját fénye, pusztán csillaguk fényét verik vissza, akárcsak a Naprendszer égitestjei. Még ez is elég lenne egy ’’viszonylag’’ közeli exobolygó detektálásához, azonban még a ’’viszonylag közeli’’ távolság is sokkal nagyobb, mint a bolygó saját csillagától mért távolsága. Ennek eredményeként pedig a bolygóról visszaverődő fényt teljesen elnyomja a csillagról közvetlenül érkező fény. Ez természetesen már jóval az első exobolygó felfedezése (1995, ha valaki nem tudná fejből) előtt is ismert volt, így inkább jelenlétük közvetett hatásainak kimutatásával próbálkoztak.

Az egyik módszer az ún. spektroszlópiai detektálás. Kicsit komplikált, de a lényeg pofon egyszerű. A gravitáció ugyanis két test között lép fel, mindkét test kölcsönösen vonzza a másikat. Következésképpen nem csak a csillag gravitációja tartja pályán a bolygót, hanem ugyanezen bolygó gravitációja mozgatja a csillagot is – legalábbis egy kicsit. Másrészt, ha egy hullámforrás mozog (márpedig a fény hullám), akkor a Doppler-eltolódás szerint változik a hullám frekvenciája, magyarán a kibocsájtott fény kissé megváltozik, mire detektáljuk. Ez pedig úgy érhető tetten, hogy a csillag fényét színeire bontjuk (ez a spektrum, olyan mint egy szivárvány) és a benne található sötét vonalak (spektrumvonalak, ezek a csillagban található gázok ’’vonalkódjai’’) eltolódását vizsgáljuk. Minél nagyobb erővel mozgatja valami a csillagot, annál nagyobb a hullámforrás sebessége és annál nagyobb a vonalak eltolódása a laboratóriumi helyükhöz képest. (Ez így leírva nem is annyira bonyolult.)

kettoscsillag-szinkepeltolodasa.png

A spektroszkópiai módszer elve: a bolygó (sárga) kicsit mindig maga felé húzza a csillagát (kék), amelynek a spektrumvonalai kismértékben eltolódnak. (Forrás: Wikipédia)

A másik bevált stratégia a tranzitos exobolygók keresése. Ha egy bolygórendszerre a keringési síkjának éléről látunk rá, akkor törvényszerű, hogy a bolygók időről időre elhaladnak a csillaguk előtt, kitakarva belőle egy kis részt. Ilyenkor gyakorlatilag csillagfogyatkozást észlelhetünk, vagyis a csillag fényessége egy ici-picit lecsökken. Persze ez a módszer nem működik minden esetben, mert megfelelő térbeli elhelyezkedés esetén detektálhatunk csak fedést, de sok csillag egyszerre történő vizsgálatával működhet a dolog. A közelmúlt egyik sikersztorija volt a Kepler űrtávcső, amely éveken keresztül mérte ugyanazon 145.000 csillag fényességét és segítségével sikerrel azonosítottak mintegy 2000 exobolygót.

nevtelen.png

A tranzitos módszer elve: a csillag (ami csak egy kis pont a valódi felvételeken) detektálható fényességét (fekete pöttyök) ideiglenesen lecsökkenti a bolygó (amit nem is látunk)

Nem lehetetlen azonban egy exobolygó közvetlen kimutatása sem, amennyiben egy speciális koronográffal kitakarják a csillaga fényét. Ehhez persze borzalmasan precízen kell beállítani az adott rendszerre a mérőműszert. Ráadásul csak kivételes esetekben lehetséges képalkotás, tipikusan amikor a bolygó viszonylag távol van a csillagától és közel merőlegesen látunk rá a keringési síkjára (épp ellenkezője a tranzitos módszernek). Így tehát nem lehetéges tömegesen vizsgálni az exobolygókat, de a technológia által nyerhető új információk miatt megéri a fejlesztés. A Keck Obszervatórium, amelyben a világ legnagyobb (mozgatható) távcsöve(i) taláható(ak), már évek óta rendelkezik koronográffal; a napokban pedig közzétették az eddigi leglátványosabb, bolygórendszerről alkotott felvételeket.

keck_lrg.JPG

A Keck Obszervatórium tíz méter átmérőjű ikerteleszkópjai a Hawaii-szigeten.

A tőlünk 129 fényévre lévő HR 8977 csillag körül már eredetileg is direkt képalkotással fedeztek fel exobolygókat 2008-ban, azóta pedig mindössze nyolc közvetlen észlelése történt a Keck teleszkóppal (elég távcsőidő-igényesek ezek a mérések). A felvételekből interpolációs technológiával készítették el a fenti animációt, amelyen jól kivehető a négy bolygó! A további értelmezéshez jó tudni, hogy a középső feketeségben kis sárga csillag-szimbólum (mi más?) jelöli a HR 8977 pozícióját, a bolygók pedig jóval kisebbek, mint amit a fehér pöttyök sejtetnek. A rendszer meglehetősen tágas: a legkisebb pályán keringő bolygó is nagyjából tizenötször távolabb van a csillagától, mint a Nap-Föld távolság, így a keringési idejük is sokkal hosszabb. Valószínűsíthető, hogy a csillag további bolygókkal is rendelkezik, ezek azonban közelebb találhatóak a csillaghoz és a koronográffal kitakart tartományba esnek.

fourplanets.gif

A HR 8977 csillag bolygórendszere; alul a távolságegység: 20 au = 3 milliárd km. (Forrás: Jason Wang és Christian Marois)

Persze nem csak a HR 8977 rendszerében figyeltek meg direkt képalkotással exobolygókat. Épp az előző bekezdésben említett 2008-as felfedezés napján jelentette be egy másik kutatócsoport, hogy a Hubble űrteleszkóp korábbi felvételein bolygót találtak egy fiatal, fényes csillag, a Formalhaut körül (a tudományban sokat számít az elsőség, de ez inkább egy baráti holtverseny). Ebben az esetben a csillag körüli protoplanetáris törmelékkorong tette lehetővé a detektálást, a bolygó ugyanis a porral való interakciója során az infravörös tartományban erősebben sugároz.

formalheut.jpg

A Formalhaut csillag (a fehér pötty a fekete korong közepén) törmelékkorongja (a ferdén álló gyűrű-szerű struktúra) és a a nagyított részleten látható bolygója. (Forrás: NASA/ESA/P. Kalas)

Eddig mindössze maroknyi exobolygóról készült közvetlen felvétel, a helyzet azonban a technológia fejlődésével rövidesen változni fog. A Keck Obszervatórium ugyanis nem rég szerelte fel az új vortex koronográfját, amellyel az adott csillag fényét nem kitakarják, hanem eltérítik a detektortól. Ennek köszönhetően sokkal kisebb lesz a felvételeken a ’’láthatatlan’’ rész, így a csillagukhoz közelebbi exobolygókat is meg fogják tudni találni. Az első felvételét szintén nyilvánosságra hozták – bár ezen még nem egy bolygó, hanem egy barna törpe (átmenet a Jupiter méretű bolygók és a törpecsillagok között) látható a csillaga körül. Hamarosan azonban el fognak kezdeni csordogálni a felfedezések, folytatva ezzel az exobolygászat izgalmas időszakát.

hip79124.jpg

HIP 79124 katalógusjelú csillag körül keringő barna törpe (fehér pötty) a Keck Obszervatórium új vortex koronográfjával készült felvételen. (Forrás: NASA/JPL-Caltech)

A bejegyzés trackback címe:

https://csillagvizsgalo.blog.hu/api/trackback/id/tr4512173584

Trackbackek, pingbackek:

Trackback: Isten tudományos meghatározása 2017.02.03. 07:48:32

Isten = gyűjtőfogalom 1. emberek által teremtett fő mítoszlények 2. egy kényszerképzet

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

Clyde Sandy 2017.02.02. 20:51:44

Ha jól tudom, épülnek új nagybb tükrök is, kérdés azok felvételei mennyire lesznek részletesebbek

MIÉRT NINCS MINDEN MSZP ÉS FIDESZ TOLVAJ.BÖRTÖNBEN 2017.02.03. 10:45:21

@Clyde Sandy: Minél nagyobb a tükör, annál részletesebb a kép.

Itt is alkalmazzák már a rádiócsillagásatban bevált módszert, hogy szinkronban lévő távcsöveknél a távcsövek távolásga lesz a "tükörátmérő". Már késztettek csillag felszínéről is képet. Mondjuk nem túl részletgazdag, valami 8-10 pixel széles rajta a csillag.

pinchy 2017.03.28. 23:02:31

És mi is pontosan az a vortex koronográf? Valami "csavart" sejtek a dologban.

PFreddy 2017.03.29. 18:09:09

@pinchy: Jól sejted. Működésének lényege az, hogy a látómező közepéből (ahol a csillag van) jövő fényt úgy téríti el, hogy a sugarak kiltsák egymást.

Maga a vortex koronográf valahogy így néz ki:

www.universetoday.com/133147/vortex-coronagraph-game-changer-seeing-close-exoplanets/