1. ábra. Az exobolygók pályaméretének eloszlása (http://exoplanets.org).
A Naprendszeren kívüli, más csillagok körül keringő bolygók (extraszoláris- vagy exobolygók) kutatása továbbra is az asztrofizika egyik legérdekesebb és leggyorsabban fejlődő területe. A tavalyi évkönyvben megjelent összefoglalás (Szatmáry K.: Bolygók más csillagok körül, Csillagászati évkönyv 2003, 204.o.) óta is sok újdonság van.
Új felfedezések
A spektroszkópiai módszerrel felfedezett bolygók száma lényegesen nem változott, 110 körüli. A csillaguk előtt elvonuló bolygók által okozott fényességcsökkenés azonban egyre több esetben gyanítható. Az OGLE-III program megfigyelései során 59 csillagnál találtak kismértékű, periodikusan visszatérő elhalványodást. Egy amerikai kutatócsoport megvizsgálta ezeknek az objektumoknak a színképét, hogy eldöntsék, vajon valóban bolygó okozza-e a jelenséget. Csupán egy esetben, az OGLE-TR-56 jelű csillagnál olyan a radiális sebességváltozás periódusa és amplitudója, amely egybevág a fénycsökkenésekkel, és egy körülötte keringő bolygóval magyarázható. A bolygó rendkívül közel van a csillagához, 0,023 csillagászati egység (AU) sugarú pályán, alig 1,2 nap alatt kerüli meg. Becsült felszíni hőmérséklete 1900 K. Tömege 0,9-szerese, sugara 1,3-szerese a Jupiterének, így csak 0,5 g/cm3 a sűrűsége. Érdekesség, hogy eddig ez a legtávolabbi (5000 fényévre lévő) exobolygó.
Kicsit később az ESO VLT spektroszkópiai mérései alapján az OGLE-TR-3 Nap típusú csillagról is kiderült, hogy a fedési fénycsökkenések ütemében változik a radiális sebessége, amit egy bolygó okozhat. A keringési idő az eddigi legrövidebb, 1,19 nap. A forró bolygó 0,5 jupitertömegű, sűrűsége csupán 0,25 g/cm3. Több szakértő szerint ezek a bolygók a csillagtól távolabb alakultak ki, de fokozatosan közeledtek hozzá, és a jövőben akár bele is olvadhatnak a központi égitestbe.
Már korábban ismert volt, hogy a HD 209458 jelű Nap típusú csillaghoz is nagyon közel, 7 millió kilométerre kering egy forró bolygó, 3,5 napos periódussal. A csillag korongja előtti áthaladás során a Hubble Űrtávcsővel újabban sikerült kimutatni, hogy a bolygó körül egy nála háromszor nagyobb kiterjedésű, elnyúlt hidrogén gázburok van, amelyet a magas hőmérséklet miatt a légköréből "párolgó" gáz alkot. A csillagszél a csillaggal ellentétes irányba fújja a gázt, és egy gigantikus üstököshöz csóva alakul ki. A bolygó másodpercenként mintegy 10 000 tonna anyagot veszít, és lehet, hogy a folyamat végén a bolygónak csak a csupasz kőzetmagja marad meg (ha van neki).
A "forró Jupiterek" csoportja kibővült a HD 73256 csillag bolygójával. A svájci kutatócsoport La Silla-i (Chile) spektroszkópiai mérései szerint a legalább 1,85 jupitertömegű bolygó 2,55 naponta kerüli meg csillagát, a nappali oldalán 1500 K lehet a hőmérséklet.
Az ESO egyik új felfedezése a majdnem 400 fényévre lévő HD 47536 bolygója. A csillag egy K1III színképtípusú óriás, amely 23,5-szer nagyobb a Napnál. A csillag színképvonalainak Doppler-eltolódása alapján egy 5-10 jupitertömegű óriásbolygó kering körülötte 712 napos periódussal, 1,6-2,3 AU félnagytengelyű, 0,2 excentricitású pályán. A csillagfejlődési elméletek szerint a központi égitest néhány tízmillió év múlva annyira felfújódik, hogy elnyeli bolygóját.
A szabad szemmel is látható, szintén narancssárga, K1IV színképtípusú gamma Cephei kettős rendszert alkot egy vörös törpe csillaggal, amely 70 évente kerüli meg lapult pályán (12-32 AU távolság között). A gamma Cepheit azonban nem csak társa "mozgatja", ugyanis annak hatása mellett egy kisamplitudójú hullám is kimutatható a radiális sebességgörbén. Ezt egy legalább 1,8 jupitertömegű bolygó okozhatja, amely 2,47 éves periódussal 1,7-2,5 AU távol kering az anyacsillag körül.
A Gliese 876 vörös törpecsillag, amelynek két bolygója van, 30 és 61 napos keringési periódussal. A Hubble-űrtávcsővel kimutatták, hogy az egyik bolygó pályasíkja majdnem a Naprendszeren halad át, így a tömegét aránylag pontosan meg lehetett határozni (1,9-2,4 jupitertömeg).
A megfigyelések időtartamának növekedésével lehetővé válik a több éves periódusú, csillagától távol keringő bolygók felfedezése is. Az angol-ausztrál kutatócsoport a tau1 Gruis csillag látóirányú sebességének változásából egy legalább 1,23 jupitertömegű bolygót talált, 1326 napos keringési periódussal, 2,6 AU félnagytengelyű és 0,14 excentricitású pályán.
A PSR 1257+12 pulzár bolygóit 1991-ben fedezték fel a pulzár rádióimpulzusai közötti időtartam periodikus változása alapján. A 305 méter átmérőjű areciboi rádióteleszkóppal azóta is figyelemmel kísérik a rendszert. A két nagyobb bolygó középmozgása között rezonancia van, keringési idejük közel 2:3 arányú (66,5 és 98,2 nap). A tömegüket sikerült a korábbinál pontosabban meghatározni (4,3+/-0,2 illetve 3,9+/-0,2 földtömeg). A pályasíkjukra merőleges és a látóirányunk közötti szög (az inklináció) 53+/-4 és 47+/-3 fok, azaz majdnem egy síkban keringenek. Mindez azt a feltételezést erősíti meg, hogy a bolygók a pulzár körüli anyagkorongból jöttek létre. A legbelső, a Holdnál alig nagyobb tömegű harmadik bolygó körpályán kering, 25,3 napos periódussal.
Bolygók a lakható zónában
Különösen sok tanulmány született az utóbbi időben arra vonatkozóan, hogy van-e stabil bolygó a csillagok körüli lakható zónában (LZ, angolul: habitable zone). Ez az a gyűrű alakú térrész, ahol a csillag fényteljesítménye hatására az ottani bolygón olyan a hőmérséklet, hogy a víz folyékony állapotban lehet. Bár a folyékony víz általános értelemben nem feltétlenül szükséges az élet kialakulásához, a földi típusú evolúció azonban ezen alapul. A lakható zóna közepén a körpályához tartozó TLZ keringési idő közelítőleg:
ahol TF a Föld keringési ideje, M* a csillag és MN a Nap tömege. Fősorozati törpe csillagok esetén a zóna belső határán a keringési idő 0,7 TLZ , a külső határán 2 THZ.
Az eddig felfedezett bolygók némelyike a lakható zónában helyezkedik el, de túl nagy tömege miatt nem hasonlíthat a Földhöz. Égi mechanikai szempontból is érdekes azoknak az exobolygórendszereknek a vizsgálata, melyeknél a csillaghoz közeli vagy távoli, nem a zónában lévő óriásbolygó található. Kiszámítható, hogy mennyire lenne stabil a pályája a lakható zónában egy Föld típusú bolygónak az óriásbolygó zavaró hatása mellett. Ilyen problémákat hazai csillagászok is sikerrel elemeztek (Érdi Bálint, Sándor Zsolt, Pál András, ELTE Csillagászati Tanszék, Természet Világa 2003/6.).
Statisztikai vizsgálatok
Száznál több exobolygó adatait ismerve már statisztikákat is lehet készíteni. Például mintegy 1000 darab, 30 parszeknél közelebbi, Nap típusú csillag vizsgálata során talált 97 bolygó pálya-félnagytengelyek eloszlását vizsgálva (1. ábra) látható, hogy 0,3 AU közelében minimum van, míg a legtöbb bolygó félnagytengelye 0,5 és 3 AU közé esik.
A Nap típusú csillagok spektroszkópiai úton kimutatott kísérő égitestjeinek tömeg szerinti eloszlása (2. ábra) azt mutatja, hogy sok a bolygó, sok a kis tömegű csillag, de a néhány század naptömegnél, a barna törpék tartományában alig van néhány objektum. Ezt hívják "barna törpe sivatag"-nak (ld. A barna törpék Csillagászati évkönyv 2003, 189.o.).
Szatmáry Károly
2003. június