A Naprendszeren kívüli, más csillagok körül keringő bolygók (extraszoláris- vagy exobolygók) vizsgálata továbbra is a csillagászati kutatások egyik legizgalmasabb és leggyorsabban fejlődő területe. A témakör előzményeiről és az eredményekről a http://astro.u-szeged.hu/ismeret/exo/extrasol.html, a http://hirek.csillagaszat.hu/nr_exobolygok.html és a http://www.telescopium.hu honlapokon bővebben olvashatunk.

A közelmúltban két nagy összefoglaló munka jelent meg erről a szakterületről. Az egyiket a legsikeresebb amerikai bolygóvadász csillagászok írták az eddig felfedezett exobolygók tulajdonságairól (http://xxx.lanl.gov/abs/astro-ph/0505003). A másik az ESA-ESO bolygókutató csoportjának - 92 oldalas - jelentése, melyben már a következő 20 év feladatait, lehetőségeit is részletesen elemzik (http://xxx.lanl.gov/abs/astro-ph/0506163).

2005. június végén 160 exobolygó szerepel a listán, melyek 136 csillag körül keringenek, 18 csillagnak több bolygója is van. Jean Schneider szenzációs, naprakész katalógusa (http://www.obspm.fr/encycl/catalog.html) megújult, és a korábbinál is gazdagabb információkat nyújt az exobolygókról és az anyacsillagaikról. A bolygók listája bármelyik adatuk szerinti sorbarendezéssel kérhető. A paraméterekről statisztikák, eloszlási ábrák interaktív módon készíthetők.

Az utóbbi évben 37 új bolygót fedeztek fel. Néhány eset különleges érdekes, ezekből válogatunk ebben az összefoglalóban.

Közvetlenül látható exobolygók

Végre sikerült egy bolygót úgy felfedezni, hogy nem a közvetett hatásai alapján következtethettünk létére, hanem közvetlenül, elkülönülten is látszik a csillaga mellett. A Hydra csillagképben, tőlünk mintegy 200 fényévre lévő 2M1207 jelű objektum egy fiatal barna törpe. A chilei VLT egyik 8 m-es távcsövével már 2004-ben azonosítottak a csillag mellett 0,78 ívmásodperc távolságra egy nála 100-szor halványabb égitestet (1. ábra). Azonban nem volt biztos, hogy valóban fizikailag összetartoznak-e, vagy csak egy irányban látszó, de különböző távolságban elhelyezkedő két objektumról van szó. Az újabb pozíciómérések szerint együtt mozognak, így gravitációsan kötött rendszert alkotnak. A bolygó tömege a modellszámítások szerint 5 Jupiter-tömeg. A színképében vízmolekulák sávjai láthatók.

A GQ Lupi egy nagyon fiatal, alig 2 millió éves T Tauri típusú csillag, amely 400-500 fényév távolságra van tőlünk. Az előbbi esethez hasonló módon sikerült kimutatni mellette 0,7 ívmásodperc, azaz kb. 100 AU (csillagászati egység) távolságban egy 6 magnitudóval halványabb égitestet (2. ábra). Ez esetben is a két égitest együttes mozgása utalt arra, hogy összetartoznak, nem pedig csak látszólag, vetületben vannak egymáshoz közel. A kísérő a színképe alapján kb. 2000 K hőmérsékletű, a víz és a szénmonoxid sávjait mutatja. Bár fizikai adatait még csak becsülni tudják, valószínűleg a bolygótömeg tartományba esik, és kétszer akkora átmérőjű lehet, mint a Jupiter. Keringési ideje legalább 1000 év.

Hasonló technikával a 150 fényévre található fiatal csillag, az AB Pictoris mellett is felfedeztek egy kísérőt, amelynek a tömege a becslések szerint 13-14 Jupiter-tömeg, azaz éppen az óriásbolygók és a barna törpék közötti határon van.

A Gliese 876 bolygói

A Gliese 876 (vagy GJ 876) jelű csillag 10 magnitudó fényességű vörös törpe az Aquarius csillagképben, tőlünk 15,3 fényév távolságra. Színképtípusa M4 V, a tömege és a mérete a Napénak harmada. Színképvonalainak periodikus eltolódása azt jelzi, hogy látóirányú sebessége változik. Ebből állapították meg 1998-ban, hogy egy legalább 2,1 Jupiter-tömegű bolygó kering körülötte, 61 napos periódussal. A sebességadatok számának gyarapodásával 2001-ben egy második, 0,56 Jupiter-tömegű bolygó hatását is sikerült kimutatni. Ennek keringési ideje majdnem pontosan a fele (30,3 nap) a nagyobbikénak. A két bolygó keringési ideje 2:1 arányú rezonanciában van, emiatt erősen befolyásolják, perturbálják egymás mozgását. Ennek vizsgálata során, 2005-ben fedezték fel, hogy a csillag sebesség-görbéjét pontosabban lehet leírni, ha egy harmadik, kis amlitudójú és rövid periódusú hullámot is hozzáadnak a két nagyobbhoz (3. ábra).

3. ábra: A Gliese 876 csillag látóirányú (radiális) sebességének időbeli változása: a pontok a mérési adatok a hibahatárral, a folytonos vonal a 3-bolygós illesztés. Alul a mérések és az illesztés különbsége látható. Az idő napokban, Julián Dátum szerint.

A harmadik bolygó legalább 5,9 Föld-tömegű (ez az érték a tömege szorozva az inklináció színuszával, ahol az inklináció a látóirányunk és a bolygó pályasíkra merőleges irány közötti szög, és ez a szög általában nem ismert). Az ábrán látható, legjobb illeszkedést akkor kapták, amikor az inklináció értékét 50 foknak vették. Ez esetben a harmadik bolygó tömege 7,5 Föld-tömeg, a becsült átmérője pedig kétszerese a Földének. Ezáltal a legkisebb, minden bizonnyal Föld típusú bolygót sikerült felfedezni. Ilyen kis tömegű bolygókat eddig csak pulzárok körül találtak. A 2 és 10 Föld-tömeg közötti égitestek javasolt neve: nagy Föld típusú bolygók (Large Terrestrial Planets).

A keringési ideje csupán 1,94 nap, a pálya sugara 3,15 millió km (0,021 AU). Majdnem 50-szer közelebb kering a csillaga körül, mint a Föld a Nap körül, emiatt nagyon forró lehet, a becslések szerint a felszínén 200-400 Celsius fok a hőmérséklet.

A vörös törpe mintegy 600-szor kisebb fényteljesítményű mint a Nap, ezért a körülötte lévő életzóna vagy lakható zóna - ahol a víz folyékony állapotban megmaradhat - 0,06 és 0,22 AU között van. Az új bolygó ennél beljebb kering, tehát túl forró a földi típusú élet számára. Amennyiben kötött a keringése, azaz mindig ugyanazt az oldalát fordítja a csillaga felé, a másik, éjszakai oldal viszont hideg, hacsak nincs számottevő légköre, amely valamelyest kiegyenlítheti a hőmérsékletet.

A Földhöz hasonló kőzetbolygók a fémben gazdag csillagok körül fordulhatnak elő, hiszen a csillag és bolygói ugyanabból az ősi anyagfelhőból alakulnak ki. A Gliese 876 kis fémtartalmú (a csillagászatban fémnek nevezzük a héliumnál nehezebb kémiai elemeket) öreg csillag, korát 11 milliárd évre becsülik.  Érdekes, hogy ennek a vörös törpének mégis van legalább 3 bolygója. Ez a rendszer hasonlít a mi Naprendszerünk kicsinyített változatához.

A kaliforniai kutatócsoport a Hawaii-szigeteken lévő Keck-teleszkóppal 150 hasonló vörös törpe megfigyelését végzi. A tökéletesített színképelemző készülékkel a korábbi 3 m/s helyett már 1 m/s pontossággal tudnak radiális sebességet mérni, így a közeljövőben több kis tömegű, Földhöz hasonló bolygót találhatnak. A 2008-ban indítandó Kepler-űrtávcsővel szintén sok kőzetbolygó felfedezése várható.

Fedések

Az exobolygók egyik felfedezési módja az átvonulás (tranzit) megfigyelése. Amikor a bolygó elhalad a csillaga előtt, abból egy részt kitakar, így lecsökkenti fényességét. Eddig hét csillagnál sikerült kimutatni ezt a jelenséget (2005. okt. 11.: már 9 csillagnál).

A másodlagos fedés során pedig a bolygó kerül a csillag mögé. Ilyenkor is lecsökken egy kicsit a rendszer összfényessége, különösen az infravörös tartományban, hiszen a bolygó főleg abban sugároz. A Spitzer-űrteleszkóppal sikerült kimutatni két, már korábban felfedezett forró Jupiter típusú exobolygó esetében ilyen fedést (4. ábra). Ezáltal pontosan meg lehetett határozni, hogy a bolygóknak mekkora a hősugárzása, így a felszíni hőmérsékletük is jobban megbecsülhető.

4. ábra: A Spitzer infravörös űrtávcsővel megfigyelt másodlagos fedések a TrES-1 és a HD 209458b exobolygók esetében.
A relatív fényesség csupán 0,2-0,3 %-ot csökken. A vízszintes tengelyen az idő órákban, a fedés közepéhez viszonyítva.

A bolygók által okozott fedések számítógépes modellezésével több kutatócsoport foglalkozik. Már ilyen részletkérdések is felmerültek. Például meg lehet-e állapítani a fényességcsökkenés menetéből, hogy a bolygó lapult, gyűrűs vagy esetleg kettős? Egy francia csillagász - még jobban elengedve a fantáziáját - arra keresett választ, vajon milyen lehet a fedési fényváltozás, ha egy civilizáció által épített, nagy méretű, nem gömb alakú, mesterséges égitest kering egy csillag körül. Különféle alakú testek (pl. háromszög alapú gúla, 5. ábra) esetén kiszámolta, hogy mennyire térne el a fedés fénygörbéje egy ugyanakkora összfelületet eltakaró, de gömb alakú test átvonulása során mért görbétől. A különbség csupán néhány tízezred magnitudó (főleg a fedés elején és végén), aminek a kimutatása jelenleg legfeljebb a Hubble-űrtávcsővel volna lehetséges. Ilyen pontosságú mérések a közeljövőben azonban reális célnak tűnnek. A 2006 nyarán felbocsátandó COROT (COnvection, ROtation and planetary Transits), majd később a TPF (Terrestrial Planet Finder) és a SIM (Space Interferometry Mission) űrteleszkópok pontossága már elegendő lesz ilyen vizsgálatokra is. Ezáltal az idegen civilizációk keresésének - a SETI programnak - egy új, olcsó módszere valósulhat meg.

5. ábra: Egy piramis alakú mesterséges bolygó fantáziaképe, amint tőlünk nézve elhalad a csillaga előtt.

Exoholdak

Az óriási exobolygók körül keringő, akár Föld méretű holdakon is jelen lehet az élet. A holdak kimutatása azonban nagyon nehéz, eddig még egyet sem sikerült felfedezni. A Szegedi Tudományegyetemen csillagász oktatók és hallgatók egy csoportja vizsgálatokat kezdett arra vonatkozóan, hogy egy exobolygó esetleges holdját milyen hatásai alapján lehetne kimutatni. Az egyik legesélyesebb módszer a fedések vizsgálata lenne. Egy eléggé nagy hold ugyanis modulációkat, hullámokat okozhat a bolygó átvonulása és másodlagos fedése során a fényességcsökkenés görbéjén.
Egy másik lehetőség azon alapul, hogy a bolygó és holdja közös tömegközéppont körül kering, és ennek a kettős rendszernek a tömegközéppontja mozog Kepler-pályán a csillag körül. A bolygó átvonulásainak és másodlagos fedéseinek időpontja tehát kis mértékben attól is függ, hogy a bolygó és a hold az adott időben éppen hogyan helyezkedik el egymáshoz képest (ez a jelenség szakszóval timing).
Ha egy exobolygó sugárzása közvetlenül is kimutatható, akkor a holdja által okozott esetleges fedések közvetlenül  is mérhetők lennének.
Az itt felsorolt kicsiny hatások kimutatásához persze a csillag-bolygó-hold hármas rendszernek hosszabb időn át stabilnak kell lennie. Erre vonatkozó számításokat az ELTE Csillagászati Tanszékének égi mechanikával foglalkozó munkatársai végeznek.

A Fomalhaut gyűrűje

Számos csillag körül találtak már gázból, porból és jégszemcsékből álló gyűrűt, amelyek deformációja arra utal, hogy egy bolygó kering benne (pl. béta Pic, AU Mic, Vega). Most egy újabb ilyen rendszert fedeztek fel.

A Fomalhaut (alfa Piscis Austrinis) egy tőlünk 25 fényévre lévő, fiatal, 200 millió éves csillag, amely körül már 1983-ban az IRAS infravörös űrtávcső kimutatott egy anyaggyűrűt. A hőmérsékletmérések szerint a gyűrű egyik oldala melegebb, mint a másik. A Hubble- űrteleszkóp 2004-es felvételei szerint a csillag nem a gyűrű középpontjában helyezkedik el, hanem a centrumtól 15 AU-ra (6. ábra). Ez úgy magyarázható meg, ha feltételezzük, hogy egy nagy tömegű bolygó kering a Fomalhaut körül, amelynek a gravitációs hatása befolyásolja a külső gyűrű helyét és alakját. A gyűrű vastagsága csak 25 AU, és a csillagtól 133 AU-ra lévő belső széle élesebb, határozottabb, mint a külső. Ezek is egy bolygó hatása mellett szóló tények. Ha a kísérő barna törpe lenne, már közvetlenül is kimutatható lett volna.

A feltételezett bolygó 50-70 AU-ra kering a Fomalhauttól, azaz kissé messzebb, mint a Plutó a Naptól. A gyűrű a naprendszerbeli Kuiper-övhöz hasonlítható, de annál négyszer nagyobb kiterjedésű. A Fomalhaut és környezete arra utal, hogy a bolygórendszerek nem mind azonos módon alakulnak ki.

Más csillagok körül is találtak anyaggyűrűket, kisbolygó övezeteket. A Spitzer-űrtávcső infravörös felvételein a 41 fényévre lévő HD 69830 katalógusszámú, Napunknál kissé fiatalabb csillag körül a Vénusz pályájának megfelelő távolságban 25-ször nagyobb mennyiségű anyag van, mint a Naprendszerben a Mars és Jupiter közötti kisbolygóövben. Ha abban a rendszerben volna a Földhöz hasonló bolygó,  onnan rendkívüli látvány lenne a csillag szórt fénye a törmelékgyűrűn (állatövi fény). E fény színképe nagyon hasonlít a Hale-Bopp üstökös infravörös színképéhez. Ugyanakkor nem valószínű, hogy értelmes lények szemlélik, ugyanis nagyon gyakori lenne a kisbolygó becsapódás azon a bolygón, ami rendszeresen az esetleges élővilág nagy részének kipusztulásához vezetne.

A TW Hydrae környezetét a VLA rádiótávcső-rendszerrel vizsgálták. A sugárzás centiméter nagyságú szemcsékből álló anyagkorong létére utal, valószínűleg egy újabb, kialakulóban lévő bolygórendszert sikerült felfedezni.

dr. Szatmáry Károly
astro-ph/0503580, 0505003, 0505359, 0506011, 0506163, 0506644; Nature 435, 1067.o.,
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2005/
http://www.eso.org/outreach/press-rel/pr-2005/
http://www.spitzer.caltech.edu/Media/releases/
http://www.universetoday.com
2005. június