Hol vannak az exoholdak?

2019. november 06. - PFreddy

Jelen bejegyzés írásakor a NASA számlálója 4084 felfedezett exobolygót (Naprendszeren kívüli planétát) jelez, ez a szám pedig a közeljövőben ismét több százzal fog növekedni a TESS űrtávcsőnek köszönhetően. Ha a felfedezett exoholdakat akarnánk számon tartani, akkor még jó darabig aktuális lesz a következő szám: 0. Pedig a szűkebb kozmikus környezetünket szemlélve egész más a helyzet: a Földnek csupán egy holdja van (ez a Hold, talán hallottál már róla), a Naprendszerben azonban összesen 212 ismert természetes szatellita kering a bolygók körül. Ezt a számot főként a két gázóriás dobja meg, a Jupiter 79-cel, míg a Szaturnusz (a közelmúltban felfedezett húsz újjal együtt) 82-vel száll be a közösbe. Ezek közel a legnagyobb, a Ganümédész közel akkora, mint a Mars (a Merkúrt pedig le nyomja). Logikusan feltételezés, hogy az eddig felfedezett sokezer exobolygó körül is található legalább ekkora (de még inkább nagyobb) exohold. Miért nem fedeztek akkor még fel egyet sem?

https_blogs-images_forbes_com_billretherford_files_2018_10_24-teachey2hr-1200x675.jpg

 

moons-solar-system.jpgA Naprendszer kőzetbolygóinak és nagyobb holdjainak méretarányos összehasonlítása.

 

Egy exohold detektálása természetesen működhetne ugyanazon az elven, mint a legtöbb bolygó esetében, vagyis míg a planéta elhalad a csillaga előtt, a körülötte keringő hold is kitakar abból egy kis részt (ez a tranzitos módszer). A hangsúly pedig a kicsin van, mert a csillag detektálható fényességcsökkenése az előtte elhaladó objektum méretétől függ. Ez azt jelenti, hogy ha mondjuk egy idegen civilizáció a Naprendszerben keresne bolygókat a Nap fényességének időbeli változása (ez az ún. fénygörbe) alapján, akkor a Föld-Hold rendszer esetében utóbbi 14-szer kisebb fényességcsökkenést okozna, mint a mi bolygónk. Ez pedig egész egyszerűen túl kevés: míg egy Föld méretű exobolygót ideális körülmények között éppen csak ki tudunk mutatni a jelenlegi eszközökkel, az annál is kisebb holdja egyelőre túl nagy kihívást jelent.

tranzit.jpegEgy exobolygós és egy exobolygó+exohold rendszer tranzitjának hatása a csillag fényességére (fénygörbéjére). A hold által kitakart részek extra "hullámokat" adnak hozzá a bolygó fedéséhez.

 

Az eddigi "legjobb" aspiráns a WASP-12b jelű bolygó, egy, a csillagához közel keringő ún. forró Jupiter. A bolygó tranzitja során felvett fénygörbén orosz kutatók periodikus hullámokat véltek azonosítani, amelyek egy szuper-Föld méretű exohold jelenlétére utalhatnak. Gond azonban, hogy a (számos forrásból származó) zajjal terhelt adatsor modellezése nem igazán meggyőző; továbbá az sem világos, miként maradhat meg egy hold a csillagához ennyire közel keringő bolygó körül (nem véletlen, hogy a Merkúr is egyke). A WASP-12b I (vagyis az első hold a WASP-12 csillag b jelű bolygója körül) létezése azonban még nem zárható ki teljesen, ellentétben a Kepler-1625b I-gyel, amelyet jelentős médiavisszhang mellett jelentettek be 2017 júliusában. A Hubble űrtávcső mérésein alapuló fénygörbe az Alex Teachey és munkatársainak analízise szerint egy Jupiter-szerű bolygóra és egy körülötte keringő Neptunusz-méretű holdra utalnak. A tudományos közvélemény ezúttal is kétkedéssel reagált, hamarosan pedig meg is érkezett a szakmai cáfolat egy másik kutatócsoporttól. Ez alapján az exoholdnak tulajdonított jel valójában a nyers mérési adatok átdolgozása során véletlenül generált zaj; a Kepler-1625 elhalványodása pedig jobban magyarázható egyetlen komponenssel: a bolygóval, hold nélkül.

apjlab20c8f3_hr-600px.jpgEnnyin múlik egy történelmi felfedezés. Jobb oldalon Teachey&Kipping analízise a Kepler-1625b tranzitjának fénygörbéjéről - egy hold járuléka meggyőzőnek tűnik a bolygófedés jobb oldalán. Kreidberg és munkatársai ugyanezen adatokat elemezve más eredményre jutottak... (Forrás: Kreidberg et al. 2019)

 

Némiképp jobbak a kilátások, ha nem a hold tranzitját akarjuk kimutatni, hanem a bolygójára gyakorolt hatását. Egy zavartalanul keringő tranzitos exobolygó fedése mindig ugyanolyan hosszú ideig tart, annak kezdetéhez és végéhez órát lehet igazítani. Ha azonban egy hold is jelen van, annak gravitációs hatása mozgásra bírja a bolygót (egy kisebb sugarú, közel körpályán), látszólag ide-oda rángatva azt. Ennek eredményeként a bolygó hol kicsit lekési a fedés kezdetét, hol pedig korábban érkezik. Ezen "transit-timing" módszer során is rendkívül kis hatásokat kell(ene) kimutatni, ugyanis a bolygó fedésének időpontja mindössze másodpercekkel módosulhat a holdja hatására. Azonban minél nagyobb a hold a bolygójához képest, annál nagyobb az eltérés is; így egy jó arányokkal rendelkező rendszerre akadva elviekben már a következő generációs műszerekkel is felfedezhetjük az első exoholdat. Ehhez persze kell még némi szerencse, rengeteg távcsőidő (lehetőleg űrteleszkópra) és még néhány évnyi türelmes várakozás.

lossy-page1-1920px-exomoon_kepler-1625b-i_orbiting_its_planet_artist_u2019s_impression_tif.jpgMűvészi elképzelés a Kepler-1625b bolygóról és annak (valószínűleg) sosemvolt holdjáról. Pedig jól mutat... (Forrás: ESA/Hubble)

 

Vagy talám mégsem. Idén augusztusban ugyanis előbb csak beharangozták, majd egy konferencián meg is történt az első exohold(ak) bejelentése - mégpedig közvetlen képalkotással! Egy olasz kutatócsoport a Very Large Telescope (VLT) SPHERE elnevzésű detektorának (jelen pillanatban ez a legjobb műszer a piacon halvány társcsillagok azonosítására) három évnyi méréseit analizálta, olyan rendszerekre fókuszálva, ahol a csillag körül korábban már találtak szubsztelláris tömegű objektumot.

ecvdhqfwkaayia2_1.jpegCecilia Lazzoni előadásának címlapja a Rejkjavikban megrendezett exobolygó-konferencián.

 

Rögtön két rendszer is akadt, ahol a második komponens (az exobolygó) körüli harmadik objektumot (az exoholdat?) is azonosítani tudtak. Nem is aprókat:

 

  • System 1: Az első esetben egy vörös törpecsillag körül 300 CSE távolságra (1 CSE = 150 millió km, az átlagos Föld-Nap távolság) kering egy kb. 11 Jupiter tömegű (MJup) bolygó, amely körül pedig 10 CSE távolságra kószál egy közel Jupiter tömegű égitest.
  • System 2: A másik rendszer is hasonló nagyságrendjeit tekintve; ott egy Nap-típusú csillag körül azomosítottak 270 CSE sugarú pályán egy 14 MJup tömegű planétát, a bolygó körül pedig 8 CSE-re lehet sejteni egy 5 MJup-es... holdat?

A kérdőjelnek azért is van létjogosultsága, mert már a kategorizálással is gondok vannak. A 12-13 MJup tömegű égitestektől felfelé ugyanis beindul belsejükben a deutérium fúziója, vagyis energiát termelnek - ettől kezdődően az objektum már nem bolygó, hanem egy ún. barna törpe(csillag). Vagyis, amennyiben a System 1/2 "bolygói" valójában barna törpék, úgy azok egy kettős csillagrendszer kisebbik tagjai (a vörös/sárga csillag pedig a nagyobbik) és a holdnak titulált objektumok számítanak bolygóknak a klasszifikáció szempontjából.

ecvdhqfwkaayia3.jpegCecilia Lazzoni, a kutatás vezetője is mértéktartóan barna törpéknek nevezte az általa bemutatott rendszerek középső objektumait (a róluk készült SPHERE felvételek a sárga pacák az első és második paneleken). A frissen felfedezett harmadik objektumok (az "exoholdak") csak a második komponensek levonásával kapott reziduálokon bukkannak elő (sárga pacák sorban a harmadik paneleken). (Forrás: C. Lazzoni et al. in prep.)

 

Adódik a kérdés: tényleg ennyire fontos a kategorizálás? A válasz pedig természetesen az, hogy nem - legalábbis a tudományos közösségnek. Egy adott objektumtípus elsőként elismert felfedezője azonban jelentős médiafigyelmet, publikációja pedig rengeteg hivatkozást kap, hiszen a tématerület későbbi szakcikkei mind meg fogják említeni a szakmai bevezető (Introduction) fejezetükben. Az elsőség tehát olyan sikert hoz magával, amely az embert végigkísérheti egész karrierje során, ez pedig sokak számára csábító annyira, hogy pl. a 'hold' szót ráerőltessék egy (amúgy  saját jogán is érdekes) kettős rendszer kisebbik komponensére.

 

Ha pedig a fent említett szatelliták meg is felelnek a kritériumoknak, ezek még biztosan nem azok a holdak, amelyeket keresünk. Más szóval: akárcsak az első exobolygók utáni kutatás során, úgy az exoholdak esetében sem a technikailag elsőként felfedezett, ám fizikailag extrém példák fognak igazán nagy tudományos visszhangot kiváltani. Sokkal inkább az "általános" holdtípus elsőként detektált objektuma lesz érdekes, keringjen az akár Jupiter-típusú óriás, vagy Föld-szerű kőzetbolygó körül. Nem utolsósorban azért is, mert az exobolygó/hold kutatások egyik fő motivációja (és nagyon-nagyon távlati célja) az élet utáni kutatás. Jelen tudásunk szerint pedig az holdakon is ugyanúgy (sok szempontból még jobb eséllyel) felbukkanhat az élet, mint a bolygókon.

Hiszen ki ne emlékezne az ewokokra az Endor holdján? :)

pandora_and_polyphemus_hd.jpgVagy a n'avik-ra? Az Avatar c. film története a Pandora-n játszódik, amely az Alpha Centauri A csillag Polyphemus nevű gázóriásának ötödik holdja, (hivatalos megnevezése Alpha Centauri Ab V lenne).

 

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/tr7615291622

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 2019.11.07. 08:40:02

Hát ja. Úgy rémlik hogy az általunk ismert legkisebb csillag alig nagyobb mint a Szaturnusz. Ennek fényében egy 11-14 Jupiter méretű bolygó bolygónak, egy 1-4 Jupiter méretű hold pedig holdnak eléggé túl nagy lenne (még gázbolygónak és gázholdnak is).

A posztban levő egyik illusztráció jól mutatja hogy a Jupiter/Szaturnusz egyes holdjai a méretük és tömegük alapján simán elmehetnének teljes jogú bolygónak, ha a Nap körül keringenének, de azért ezek más nagyságrendek.

Egyébként gázhold, mint olyan, egyáltalán létezjet? Tehát egy ilyen égitestnek a szükségképpen lazán kötött "felszíne", felső régiója megmaradhat akár rövid ideig is egy bazinagy gázbolygó gravitációs mezőjében?

steery 2019.11.07. 11:45:31

A nagy tömegű bolygók körül valószínűleg több, különböző méretű hold is kering, amiknek a bolygó mozgására gyakorolt hatása többnyire lerontja egymást és csak néha erősíti (ritka együttálláskor).
@korxi: Én nem tartom valószínűnek a gázholdak létezését. Hacsak nem kering nagy távolságra a gázbolygójától, ami nagy távolságra kering a csillagtól, így mindkettő hideg és a légkörükben nincs elég energia a megszökéshez. Viszont ezeket nem fogjuk a jelenlegi csillagfény kitakarásos módszerrel felfedezni.

PFreddy 2019.11.13. 23:27:37

@korxi: van is egy idevágó bejegyzés:

csillagvizsgalo.blog.hu/2017/08/06/a_legkisebb_csillag

Gázhold elvileg létezhet, ahogy steery is írta, csak kellően távol kell lennie a bolygójától.
A Naprendszerben a Titan-nak van is légköre - persze ez ritkás atmoszféra és inkább tekinthető egy kőzetbolygó analógiájának, de a lényeg, hogy hosszú távon is meg tudják tartani a gázt egy óriásbolygó közelében.

PFreddy 2019.11.13. 23:30:30

@steery: "A nagy tömegű bolygók körül valószínűleg több, különböző méretű hold is kering, amiknek a bolygó mozgására gyakorolt hatása többnyire lerontja egymást és csak néha erősíti (ritka együttálláskor)."

A tranzitos módszernél valóban zavaró lehet a sok hold együttes hatása, viszont a transit timing módszernél feltűnőbb lehet, hogy mindig van valamekkora késés/sietés.