Mi újság az exobolygóknál?

2019. október 06. - PFreddy

A Naprendszeren kívüli bolygók kutatásában forradalmat (és töménytelen mennyiségű adatot) hozó Kepler űrtávcső sajnos már a múlté, mégis, a közelmúltban újra beszivárogtak a hírekbe az újabbnál újabb felfedezések. Ennek oka, hogy se a közvélemény részéről, sem pedig a tudományos közösségen belül nem csökken az exobolygók népszerűsége: hosszú távra tervezett megfigyelési programok eredményei érnek be, az exobolygó-jelölteket pedig immáron egy új eszköz, a TESS űrtávcső szállítja futószalagon. Érdemes tehát áttekinteni, hogy milyen újdonságot szolgáltatott mostanság ez a tudományterület és miként fog majd újabb mérföldköveket elérni a közeljövőben.

1920px-esa-hubble-k2-18a_impression.jpgFantáziarajz a K2-18b exobolygóról, amelynek légkörében víz nyomait azonosították. (Forrás: ESA/Hubble/M. Kornmessser)

A NASA Kepler űrtávcsöve 2009-es felbocsájtását követően több, mint négy éven keresztül figyelte meg a Hattyú és a Lant csillagképek találkozásánál lévő égboltterületet. Az egy méteres teleszkóp folyamatosan mérte ugyanannak a közel 150.000 csillagnak a fényességét, minimális mértékű elhalványodásukból pedig a kutatók következtetni a körülöttük keringő exobolygók létezésére és fizikai paramétereire (méret, tömeg, távolság és... nagyjából ennyi). 2013-tól kezdve a stabilizáló lendkerekek meghibásodása miatt a Kepler kényszerpályára került (szó szerint), ám a K2 program keretében meghosszabbították a mködését és a Naprendszer síkjának közelében folytathatta megfigyeléseit (az aszteroida-kutatók legnagyobb örömére) egészen 2018-as hattyúdaláig. A végső számok egészen elképesztőek: összesen 2662 exobolygót fedeztek fel a segítségével, ez a szám pedig még tovább növekedhet a lassabban haladó spektroszkópiai megerősítések miatt.

5592912-6334637-image-a-82_1540937434654.jpgMindezt 12 liter üzemanyagból és 550 millió dollárból. (Forrás: NASA / Ames / Wendy Stenzel)

 

A Kepler sikere okán 2010-re egyértelművé vált, hogy az űrtávcső nyugdíjba vonulása után is szükség lesz egy hasonló projektre, így a NASA elfogadta az MIT kutatói által benyújtott Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) tervét (pedig két évvel korábban még elutasításban volt részük). A működési elv első ránézésre hasonló volt a Kepler-hez, csillagok hosszabb időn keresztül történő fényességméréséből mutatják ki a körülöttük lévő a tranzitos exobolygók jelenlétét. A jóval kisebb és kevésbé érzékeny TESS észlelési stratégiája ugyanakkor nagyban különbözött az elődétől: csak a legfényesebb csillagokat tudja tanulmányozni, azokat viszont minden irányban. Pontosabban egyszerre csak egy régiót azon huszonhat szelet közül, amelyre a kutatók a teljes égboltot felosztották. Működésének első évében a TESS terv szerint végzett a déli égbolt csillagainak megfigyelésével, az ebből származó eredmények zömét pedig az augusztusi TESS-konferencián már be is mutatták a szakma képviselőinek. A számok önmagukért beszélnek: 993 exobolygó-jelölt, amelyeknek ráadásul a negyede valószínűsíthetően a Neptunusznél kisebb, Földünkhöz hasonló kőzetbolygó.

tess-960x540.jpgA NASA jelenlegi bolygóvadász szondája, a TESS, a laboratóriumi tesztek során. (Forrás: NASA)

 

Ha tehát mostanság exobolygós híreket lát az ember, az jó eséllyel köthető a a TESS felfedezéseihez. Ráadásul nem csak a számok mutatnak jól, ennyi exobolygó között akad ugyanis néhány kuriózum is. Ilyen például az egyik legnagyobb figyelemmel kísért rendszer, a GJ 357 vörös törpecsillag körül keringő bolygócsalád is. A TESS ugyan csak a legbelső, b jelő planétát azonosította, ennek nyomán azonban több földfelszíni obszervatórium is vizsgálni kezdte a mindössze 31 fényévre lévő rendszert. Ennek folyományaként további két bolygót fedeztek fel a csillag szabálytalan keringése alapján, amely a bolygók gravitációs hatásának tudható be. Közülük a legkülső, GJ 357 d névre hallgató szuper-Föld a pályája alapján a lakhatósági zónában kering, azonban kellően messze van csillagától ahhoz, hogy akár közvetlenül is megfigyelhessük a közeljövőben.

tess_science_sector_suddivision.jpgA TESS 27 napon keresztül ugyanazt az egy sávot méri az égbolton, az ezidő alatt megfigyelt exobolygó tranzitok alapján születnek a felfedezések, így a GJ 357 b bolygó detektálása is. Ezt küvetően az űrtávcső továbbáll a következő zónára. (Forrás: NASA)

 

Az ilyen, ún. közvetlen képalkotás mindössze maréknyi bolygórendszer esetében sikerült ezidáig, az exobolygók ugyanis rendkívül halványak, csillaguk fényessége bőven elnyomja az általuk visszatükrözött kevéske fényt. Így magát a bolygót (néhány esetet leszámítva) nem is látjuk, mindössze a csillagára gyakorolt hatást tudjuk észlelni. Ebből fakad az is, hogy jelenleg néhány fizikai paraméteren kívül nem tudunk többet megállapítani az exobolygókról. Jó példa erre a GJ 357 d esetében (és egyébként is gyakran) emlegetett lakhatósági zóna, amelyet gyakran interpretálnak úgy, mintha az adott planétán folyékony víz lehetne - a gyakorlatban csak annyit jelent, hogy a csillagától mért távolsága alapján lehetséges rajta 0 és 100 °C közötti hőmérséklet.

gj357d.jpgA GJ 357 vörös törpecsillag távolságarányos modellje. A kék sáv jelöli a fentebb említett lakhatósági zónát. (Forrás: NASA's Goddard Space Flight Center / Chris Smith)

 

Ami viszont a vizet illeti, némi újdonság ebben a kérdésben is előkerült a közelmúltban. A K2-18b ugyan nem a TESS, hanem a Kepler űrtávcső utolsó éveinek terméke, a közeli infravörös tartományban készült színképek azonban csak mostanság kerültek publikálásra. A fény hullámhossz szerinti eloszlását megmutató színképek felfedik az egyes kémiai elemek és molekulák jelenlétét is a forrás (vagyis az exobolygó) légkörében - jelen esetben pedig az azonosított anyagok egyike a víz(gőz) volt. A médiában megjelent hírekkel ellentétben nem első alkalommal mutatták ki vízmolekulák jelenlétét egy másik napendszer bolygójának légkörében (megtörtént ez már pár alkalommal az elmúlt években, pl. a HD189733b forró Jupiter esetében), azonban így is mérföldkőnek számít a K2-18b jelú exobolygóval kapcsolatos legfrisebb eredmény. A Földünknél kb. nyolcszor nagyobb tömegű K2-18b ugyanis az első kőzetbolygó, amelynek a spektrumában vízgőz jeleit azonosították.

ook2-18b.jpgA K2-18b exobolygóról felvett transzmissziós színkép adatpontjai (feketével) és a víztartalmú exobolygó-légkörök modell spektrumai (kékkel). A lényeg 1,4 mikrométernél lévő csúcs, amely a víz vibrációs átmenetére jellemző hullámhossznál jelentkezett. (Forrás: Benneke et al. 2019)

 

Hogy ez pontosan mennyi vizet jelent a gyakorlatban, az most még nem állapítható meg a 124 fényévre lévő bolygóról; elviekben egy óceánnal borított vízi világ épp úgy elképzelhető, mint a vastag légkörében minimális (<0.1%) vízgőzt tartalmazó átmenet a Föld és a Neptunusz-típusú bolygók között. A vörös törpecsillagából érkező besugárzás mindenesetre nagyon hasonló (1440 W/m2), mint a mi bolygók esetében, így már csak a légkör összetételétől és sűrűségétől függ, hogy milyenek a hőmérsékleti viszonyok a felszínen (az atmoszféra üvegházhatást okozhat, de el is szigetelheti a felszínt a besugárzástól). A Hubble űrtávcső méréseire alapozott felfedezés mindenesetre remek célpontot kínál a közeljövő eszközeinek: a készülőben lévő Extreme Large Telescope és a már régóta várt James Webb Space Telescope egyaránt előrelépést fognak hozni az exobolygók légköri vizsgálatait illetően.

2147_missiongraphic.jpgA közelmúlt és -jövő NASA/ESA teleszkópjai, amelyek exobolygókat (is) vizsgálnak.

 

Az exobolygók tehát gyűlnek, és rendszereket fedeznek fel, viszont a további áttörésre várni kell következő generációs teleszkópok üzembeállásáig. Van azonban egy hiányzó mérföldkő, amely elviekben már most is elérhető lenne (néhány kutató szerint pedig már el is érték), ez pedig nem más, mint egy exobolygó körül keringő égitest, vagyis az első exohold felfedezése (minderről a következő bejegyzésben lehet majd olvasni).

dims_1.jpegMost még csak fantázia(rajz), de hamarosan valósággá válik az első exohold felfedezése. (Forrás: Dan Durda)

 

 

Ha tetszett a bejegyzés, látogass el a Csillagvizsgáló Facebook oldalára is, ahol napi rendszerességgel találhatsz csillagászati és űrkutatási híreket, látványos felvételeket és egyéb aktualitásokat - tudományról és science fiction-ről egyaránt.

A bejegyzés trackback címe:

https://csillagvizsgalo.blog.hu/api/trackback/id/tr2915201498

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.

korxi 2019.10.10. 19:06:25

Igen, ez az exobolygó dolog lett masszívan a sztártéma az utóbbi években, szinte minden projektnél vagy távcsőnél kötelező házi feladat hogy (majd) tudjon valamit ezen a téren is, de engem nem hoz lázba az egész, egyszerűen nem hiszek benne.
Mármint abban nem hiszek, hogy bármelyiken is találunk valami érdekeset (nevezzük nevén, életet, erre megy ki az egész) . És nem kis részben azért nem találunk, mert belátható ideig nem lesznek olyan eszközeink, amik alapján bizonyossággal meg tudjuk állapítani egyáltalán azt, hogy a kapott adatok érdekesek vagy sem.

Külön bosszant, hogy amikor a mainstream médiában beszámolnak valami exobolygó felfedezésről, akkor azt olyan hangzatos szalagcímek alatt teszik, amik alapján a hétköznapi átlagember lelki szemei előtt - ha csak a címet olvassa - valami erdőkkel és óceánokkal borított idegen bolygó jelenik meg.

Pedig ugye ott tart ma az exobolygó-kutatás, hogy van egy csillag, amit szabad szemmel nem is látunk, de még egy tízméteres távcsőn vagy űrtávcsőn is csak egy pont, és ha ez a pont bizonyos időközönként halványul valamit, majd visszafényesedik, akkor feltételezhető hogy a körülötte keringő bolygó periodikusan kitakar egy kicsit a fényéből (legalábbis ez a tranzitos exobolygó kutatás, amiről a TESS szól.)

Valamint, szó sincs arról hogy valamilyen szempontból célirányosan keresnénk vizsgálatra méltó exobolygókat, teljesen random próbálunk egyáltalán észlelni, mivelhogy másra úgysincs lehetőségünk.

Persze lehet hogy velem van a baj, és tévedek amikor nem bírom belátni a dolog jelentőségét.
Mert vannak azért ellenérveim is magammal szemben:)
Pl. igazából most csak a saját Naprendszerünk bolygóit ismerjük, és azok közül az egyiken máris van élet, és ebben a tárgykörben az 1:8 egy kurvajó arány:)

Meg persze, világéletemben zavart az, amit most "lakhatósági zónának" nevezünk. Tegyük már hozzá hogy a földön levő körülmények közepette lezajlott evolúció alapján kialakult földi típusú élet számára lakható vagy nem lakható valami bolygó, vagy zóna. De miért tekintjük axiómának, hogy élettel végződő evolúció csak a földi körülmények között indulhat be?

PFreddy 2019.10.20. 17:26:08

@korxi: Mindennel egyetértek, amit leírtál, legfeljebb annyi kiegészítéssel élnék, hogy a "random észlelés" azért szükséges, mert az a terület jelen pillanatban még az adatgyűjtési fázisánál tart. Csak a JWST, ELT és pár, még tervezőasztalon lévő műszer biztosíthat majd továbblépést a mérhető paraméterek terén....
...amelyek még mindig csak néhány légköri molekula kimutatása, és az első exohold felfedezések lesznek, valószínűsíthetően.

droid_ 2019.11.07. 11:50:41

@korxi: szerintem forditva. az nem axioma, hogy elet csak foldi korulmenyek kozott indulhat be, hanem az, hogy foldi korulmenyek kozott biztosan van ra lehetoseg. igy akkor is erdemes az ilyen korulmenyeket keresni, ha a tobbirol nem tudunk semmit.