Szatmáry Károly
Más csillagok bolygóinak felfedezése
cikk az 1997-es Csillagászati évkönyvben (160-168.o.)

A módszerekről

Nem könnyű az óriási távolságban lévő csillagok bolygóinak kimutatása. Közvetlen módon szinte reménytelen, hiszen nagyon közel látszanak egymáshoz. Csak az űrtávcsövek használata hozhat sikert, melyeknél a felbontóképességet nem rontja le a földi légkör hatása. A bolygó fényessége eltörpül a csillagjához képest, esetleg az infravörös tartományban készült felvételeken azonosíthatóak, ha legalább Jupiter méretűek és elég messze vannak a csillaguktól (ld. [1.] ).

Gravitációs hatásuk alapján viszont már van remény megtalálásukra. A bolygó és a csillag a közös tömegközéppont körül kering. Ha a bolygó elég nagy tömegű, akkor a csillag mozgása már mérhetővé válhat. Egy közeli csillagnak a háttérhez képesti hullámos elmozdulása utalhat kísérő jelenlétére, hisz így érvényesül a tömegközéppont egyenes vonalú pályája. A csupán 6 fényévre lévő vörös törpe, a Barnard-csillag esetében két Jupiter méretű bolygót feltételeztek tőle néhány Nap-Föld (azaz csillagászati egység: Cs.E.) távolságra, de ezek léte nem bizonyult valósnak.

A csillagok égi pozíciójának mérése - az asztrometriai módszer - 1996 júniusában érdekes eredményhez vezetett. Egy másik nagyon közeli, 8,2 fényévre lévő M2V vörös törpe csillag (tömege 0,4 Nap-tömeg, sugara 0,5 Nap-sugár, felszíni hőmérséklete 3500 K), a Lalande 21185 körül valóban van két, Jupiter-szerű bolygó. G. Gatewood és munkatársai az Allegheny Obszervatorium 0,76 m-es távcsövével 50 éven át készített fotolemezeket megvizsgálva azt találták, hogy a csillag egy 0,013 ívmásodperc méretű körpályán mozog 30 éves periódussal. Ebből egy 1,1 Jupiter-tömegű bolygó jelenlétére következtettek, amely 11 Cs.E. (kb. a Szaturnusz- pálya mérete) távolságban kering a Lalande 21185 körül. Ezt a fotografikus mérést a sokkal pontosabb pozíciókat adó többcsatornás asztrometriai fotométer 8 évi adatai megerősítették, sőt a csillag egy még kisebb, 0,0022 ívmásodperces, 6 éves periódusú mozgását is kimutatták. Ez egy második, 0,9 Jupiter-tömegű, 2,2 Cs.E. pályasugarú bolygóra utal. A két kísérő pályasíkja 30 fokos szöget zár be a látóiránnyal.

Ha egy nagy bolygó keringési síkja majdnem látóirányunkba esik, akkor a csillag előtt való elhaladása lecsökkenti annak látszó fényességét. Az ilyen fedés során a a sugarak ismeretében a magnitudó-változás:

D m = - 2,5 log (1 - (Rbolygó/Rcsillag)2 ),

Egy Jupiter-méretű bolygó egy Naphoz hasonló csillag fényességét 1-2 század, egy vörös törpe csillag fényességét akár 1-3 tized magnitudóval is csökkentheti. A fedés időtartama a bolygó pályaméretétől és sebességétől, valamint a csillag nagyságától függ.

Mostanában főleg spektroszkópiai módszerekkel értek el eredményeket. Mivel a csillag a keringése során hol közeledik, hol távolodik hozzánk képest, a Doppler-effektusnak megfelelően a színképvonalai periodikusan eltolódnak a kék illetve a vörös felé. A vonalak hullámhosszának változásából meghatározható, hogy a csillagnak éppen mekkora a látóirányú (radiális) sebessége. Ebből pedig már kiszámolható a tömegközéppont körüli keringésének pályája. A csillag tömegének ismeretében a sötét komponens, a bolygó tömege is megadható. Pontosabban csak a bolygó tömegének alsó határértéke, amely arra vonatkozik, ha a bolygó keringési síkja a látóirányunkkal egybeesik. Minél nagyobb szöget zár be a sík a látóiránnyal, annál nagyobb tömegű az égitest, amely a csillag megfigyelt radiális sebesség-változását okozza.

Az új eredményeket az eddigieknél sokkal pontosabb gáz-abszorpciós cella méréstechnika teszi lehetővé. A csillag fényét egy ritka jódgázzal töltött cellán vezetik át (korábban hidrogén-fluoridot alkalmaztak). Így a jód rengeteg, igen keskeny abszorpciós vonala 500-620 nanométer között rárakódik a csillag színképére.Ezzel a technikával a csillag vonalainak a gázéhoz viszonyított oly kis hullámhossz eltolódása mérhető, ami a csillag hozzánk képesti sebességének +- 3 m/s-os pontossággal való meghatározását teszi lehetővé. A gáz-abszorpciós cella mellett a Fabry-Perot etalonos és a kereszt-korrelációs (CORAVEL) spektroszkópiai módszerek is alkalmasak egy csillag kísérő okozta mozgásának kimutatására.

Az 51 Pegasi bolygója

M. Mayor és D. Queloz svájci csillagászok 1995. október 6-án egy új bolygó felfedezéséről számoltak be, amit azóta négy másik kutatócsoport is megerősített. Az 51 Pegasi 5,5 magnitudós, szabad szemmel még éppen látható csillag. Színképtipusa G2-3V, a Naphoz nagyon hasonló. 42 fényévre van tőlünk, az átlagos radiális sebessége -31 km/s (közeledik), a forgása lassú (egyenlítői kerületi sebessége 2 km/s, rotációs periódusa 30 nap).

Az Observatoire de Haute-Provence ELODIE spektrográfjával 18 hónapon keresztül vizsgálták az 51 Pegasi színképét. A spektrumvonalak hullámhossza 4,2293 +- 0,0011 napos periódussal, 59 +- 3 m/s amplitúdóval (!) változik. Ebből arra következtettek, hogy a csillagnak van egy kísérője, így maga is kering a közös
tömegközéppont körül. A bolygó tömege legalább 0,47 +- 0,02 Jupiter-tömeg (ennyi akkor, ha a keringés síkja és a látóirány egybeesik, különben nagyobb, elérheti a barna törpe csillag tömeget is). A pálya közel kör alakú. A csillag fényintenzitásában nem találtak olyan csökkenéseket, ami a bolygó előtte való elhaladásakor, így egy részének elfedésekor jelentkezne.

A radiális sebesség változásának más magyarázata (pulzáció vagy foltok) nem valószínű, mivel a fényessége nem ingadozik 0,002 magnitudónál jobban.

Kepler III. törvénye alapján kiszámolhatjuk, hogy a bolygó kb. 7,5 millió km sugarú pályán kering, azaz 20-szor közelebb van a csillagához, mint a Föld a Naphoz. Ezért magas lehet a felszíni hőmérséklete, kb. 1000 oC, miszerint a Földnél hétszer nagyobb méretű, atmoszféra nélküli, olvadt kő és fém bolygó lehet. Valószínűleg kötött a keringése, azaz mindig ugyanazt az oldalát mutatja a csillagja felé (mint a Hold a Föld felé).

Újabb bolygórendszerek

1996. januárban G. Marcy és P. Butler bejelentette, hogy két másik, szintén Nap-tipusú csillag körül bolygót talált (1987 óta ilyen célból vizsgálnak 120 csillagot). Ugyanazt a módszert használták, mint az 51 Pegasi esetében. A 70 Virginis és a 47 Ursae Majoris radiális sebesség változása alapján egy-egy új szuper-Jupiter létére derült fény. A Napnál valószínűleg idősebb 70 Virginis körül 117 napos periódussal kering egy kb. 7 Jupiter-tömegű bolygó, melyen mintegy 85 oC lehet a hőmérséklet. Az eléggé lapult ellipszis alakú pálya arra utalhat, hogy ez az égitest nem egy gáz-por korongban jött létre, ugyanis akkor annak anyagával való kölcsönhatása miatt majdnem körpályája lenne.

A 47 Ursae Majoris bolygóját a Lick Obszervatórium 8 éves megfigyelési anyaga alapján fedezték fel. A keringési periódusa 3 év, a csillagától való távolsága
miatt rajta a víz fagyáspontja alatti lehet a hőmérséklet.

1996 áprilisában találtak még egy bolygót. Az 55 Cancri (HR 3522) körül egy majdnem Jupiter-tömegű égitest kering, igen közel a csillaghoz. A HD 114762 jelű, szintén sárga törpe csillagról már 1989-ben kiderült - és azóta megerősítették -, hogy 618 m/s amplitudójú, 84 nap periódusú sebességváltozását egy legalább 10 Jupiter-tömegű test 0,33 lapultságú pályán való keringése okozza.

1996 júniusában érkezett a hír, hogy a 4,5 magnitudós tau Bootis körül is van egy szuper-Jupiter. 1,3 éven át mérték a csillag színképéből a radiális sebességet. A kb. 4 Jupiter-tömegű bolygó csak 8 csillag-sugár távolságra, kör alakú pályán, bő 3 nap alatt kerüli meg a tau Bootist. Egyébként ez egy vizuális kettőscsillag, egy tőle távol lévő nagyon halvány M2 vörös törpe néhány száz éves periódussal kering a fő komponens körül. Júliusban fedezték fel az üpsilon And bolygóját.

R. Noyes és munkatársai a HD 3346 jelű, 360 fényévre az Andromédában lévő, narancsszínű (K5 III színképosztályú) óriáscsillag spektumvonalainak változásából két kísérő létezését valószínűsíti. Az 5 naptömegűnek becsült csillaghoz nagyon közel egy legalább 10, távolabb egy legalább 60 Jupiter-tömegű égitest kering. Ez utóbbi már nem bolygónak, hanem barna törpének számít. A csillag tapasztalt radiális sebesség változását más okkal, pl. pulzációjával nem sikerült magyarázni.

1. táblázat: A Nap-tipusú csillagok összehasonlítása

égitest tömeg
  Mo
sugár
  Ro
hőmérséklet
      K
luminozitás
   Lo
fémtartalom színképtipus távolság
 fényév
Nap 1.0 1.0 5780 1.0 1.0 G2 -
51 Peg 0.95 1.4 5700 1.8 1.2-1.5 G2-G3 40-50
70 Vir 0.9-1.0 1.9 5470 2.9 0.8 G4-G5 60-80
47 UMa 1.0-1.1 1.1 5860 1.4 1.0 G0 40-50
55 Cnc 0.9 0.8-1.2 5250 - - G8 40-50
tau Boo 1.2 1.2 6300 2.0 - F7 55-65
ups And 1-1.2 - 6100 - - F8 45-55

2. táblázat: A bolygók összehasonlítása

égitest tömeg
MJup.
sugár
RJup.
pályaméret
    AU 
periódus
   nap
excentricitás hőmérs.
   oC
csillag rad.seb.
  ampl.(m/s)
Föld 0.003 0.09 1.00 365.3 0.017 15 0.1
Jupiter 1.0 1.0 5.20 4332.6 0.048 -150 12.5
51 Peg B 0.5 0.3-1.3 0.05 4.2 0.0 1000 59
70 Vir B 6.6 0.3-1.1 0.43 116.7 0.38 85 315
47 UMa B 2.4 0.3-1.1 2.1 1090 0.0 -80 45
55 Cnc B 0.8 - 0.1 14.8 0 - 72
tau Boo B 3.9 - 0.05 3.3 0 - 468
ups And B 0.6 - 0.05 4.6 0 - 74

Az 51 Peg, az 55 Cnc és a tau Boo rendszere azért nem hasonlít a miénkhez, mert a bolygójuk nagyon közel kering az anyacsillaghoz, a 70 Vir és a 47 UMa pedig azért nem, mert túl nagy a bolygó tömege. A Lalande 21185 bolygói olyanok lehetnek, mint a Naprendszer óriásai, viszont a csillag vörös törpe, a Napnál kisebb és jóval alacsonyabb felszíni hőmérsékletű. Az említett nagy bolygók tehát nem Föld-tipusúak. Ilyen kis tömegű égitest csak kevéssé mozgatja meg csillagát, így annak színképéből még nem mutatható ki.

Izgalmas kérdés: vajon lehet-e élet ezeken az égitesteken? Az első három esetben a bolygó igen forró, alighanem olvadt állapotú, nem valószínű rajtuk az élet kifejlődése. A másik két óriásbolygón pedig olyan nagy a felszíni gravitáció (10-30 g), hogy ha van is élet, másmilyen lehet mint nálunk. Esetleg ha vannak holdjaik...

A további hasonló objektumok vizsgálata lehetővé teszi majd a bolygórendszerek kialakulásáról alkotott elméletek ellenőrzését, általánosítását.


1.ábra: Nap-típusú csillagok radiálissebesség-görbéje.

Pulzárok bolygói

A neutroncsillagok egy része igen gyors forgása során felénk mutatja mágneses tengelyét, és ilyenkor a rádió tartományban felvillanást mutat. A pulzárok ezen impulzusai szabályos időközönként jelentkeznek. Néhány esetben viszont hol sűrűbben, hol ritkábban érkeznek a jelek, ami a Doppler-effektus szerint azzal magyarázható, hogy a pulzár és a megfigyelő közeledik illetve távolodik egymástól. Ez történik, ha a neutroncsillagnak van egy vagy több sötét kísérője, és mind a közös tömegközéppont körül kering. Az impulzusok közötti időtartam változásának mértékéből a pulzár keringésének adatai kiszámolhatóak, tömege alapján pedig megbecsülhető a kísérő tömege. Mindez hasonló a korábban említett spektroszkópiai módszerhez, hiszen mindkét esetben a csillag radiális sebesség változása árulkodik a másodkomponens jelenlétéről.

1992-ben a PSR 1829-10 jelű pulzár bolygójának így történt felfedezése hozta lázba a világot. Hamarosan kiderült azonban, hogy a mérések kiértékelésénél
durva hibát ejtettek: a Föld Nap körüli keringésénél kör, nem pedig a valódi ellipszis alakú pályával számoltak. Ezért kapták azt, mintha a pulzár mozogna
hozzánk képest.

Ugyanakkor egy másik kutatócsoport az 1300 fényévre lévő PSR 1257+12 pulzárt vizsgálva mindjárt nem is egy, hanem három kísérőt talált. Az átlagosan 6,2 ezred másodpercenként érkező rádióimpulzusok közötti időtartam változása három hullám szuperpozíciója. A legbelső egy kis Hold-tömegű bolygó, míg a másik kettő 3,4 és 2,8 földtömegű, 0,36 és 0,47 csillagászati egység távolságban a csillagtól. Mivel keringési idejeik (66,5 és 98,2 nap) 2:3 rezonanciában vannak, az égi mechanika törvényei szerint erősen befolyásolják egymás keringését. A számításoknak megfelelő ezen változásokat újabban sikerült is kimutatni, így megerősítést nyert a két bolygó léte.

Arra gondolnak, hogy e bolygók a neutroncsillagot eredményező szupernóva robbanás után jöttek létre. Különben a felfújódott csillag felszínén belül kellett volna keringeniük, illetve nem élték volna túl a robbanást, és nem maradtak volna közel körpályán.

A PSR B0329+54 pulzár 26 évi megfigyelése alapján Tatjana Sabanova a 0,7 másodpercenkénti rádiójelek szabályos késését-sietését tapasztalta (max. 0,018 másodperccel), amiből egy legalább 2 földtömegű, 16,9 év keringési periódusú bolygó jelenlétére következtetett. Mivel csak másfél ciklusról áll rendelkezésre adat, ez még megerősítésre vár.

3. táblázat: Az eddig talált kísérők összehasonlítása

       égitest tömeg
MJup.
pályaméret
      AU
periódus
    nap
excent-
ricitás
Föld 0.00315 1 365.265 0.017
Jupiter 1 5.203 4332.6 0.048
Szaturnusz 0.299 9.539 10759.2 0.056
PSR1257+12 B 0.00005 0.19 25.34 0.0
PSR1257+12 C 0.0107 0.36 66.54 0.018
PSR1257+12 D 0.00881 0.47 98.22 0.026
PSR1828-11 B 0.0094 0.93 248 -
PSR1828-11 C 0.038 1.32 493 -
PSR1828-11 D 0.025 2.1 990 -
PSRB0329+54 B 0.007 7.3 6170 0.23
Proxima Cen B 0.8 0.17 80 -
51 Peg B 0.47 0.05 4.23 0.0
ups And B 0.6  0.054 4.61 0
55 Cnc B 0.8 0.1 14.76 0
Lalande21185 B 0.9 2.2 2200 -
Lalande21185 C 1.1 11 11000 0
47 UMa B 2.4 2.1 1090 0.03
tau Boo B 3.87 0.046 3.31 0.0
70 Vir B 6.6 0.43 116.7 0.38
HD114762 B 10 0.41 84.02 0.33
HD3346B 60 2.5 650 -
HD3346 C 10 0.2-0.4 14-40 -
Gliese229 B 20-50  44 105315 -
Teide 1 20-50 - - -
PPL 15 60-80 - - -

Születőben lévő bolygórendszerek

1984. óta ismeretes, hogy az 50-60 fényévre lévő béta Pictoris nevű csillag körül mintegy 2000 Cs.E. sugarú, gázból, porból és jégszemcsékből álló korong van. Az infravörös felvételeken (X. ábra) a kitakart csillag két oldalán mutatkozó ködös nyúlvány egy majdnem pont éléről látható korongra enged következtetni. Jogosan gondolhatjuk, hogy kialakulóban lévő bolygórendszert látunk, erre utal az elnevezés is: "proplyd" (proto-planetary disk).

Azóta - főleg a Hubble Űrtávcsőnek köszönhetően - számos más, fiatal csillag körül sikerült hasonló objektumot kimutatni. Az 1500 fényévre lévő Orion-ködben majdnem 200 többé-kevésbé lapult, protoplanetáris korongot találtak. Ezek egy része fényesen világít a közeli forró csillagok sugárzásának hatása miatt, de sok sötét anyagfelhő is előfordul, melyek közepén kialakuló vagy már kifejlett csillag látszik. A korongok főleg gázból állnak, néhány százaléknyi a por részaránya. Tömegük általában 1 és 10000 Föld-tömeg közötti, méretük 2-20 Plutó-pálya. Hasonló csillag- illetve bolygókeletkezési helyeket több csillagközi felhőben (pl. Sas-köd) is kimutattak.

A béta Pictoris újabb vizsgálataiból a korongban már kialakult bolygók létére következtettek. A csillag körüli 30-40 Cs.E. tartományban szinte üres, amit úgy
magyaráztak, hogy egy ott keringő bolygó a gravitációs hatásával "kitisztította" azt a térrészt. A földi megfigyeléseken alapuló számítások szerint egy néhány Föld-tömegű bolygó, kb. 20 Cs.E. távolságban helyezkedik el, és pályája kissé lapult (e=0,02), amire a por aszimmetrikus eloszlása utal. A HST legutóbbi képei alapján a porkorong belső részének síkja egy kissé eltér a külső tartomány szimmetriasíkjától. Ennek legvalószínűbb magyarázata az, hogy egy bolygó deformálja az anyagot. Tömege 0,05-20 Jupiter-tömeg, pályamérete 1-40 Cs.E. lehet. Ha Nap-Jupiter távolságra kering (5 Cs.E.) és Jupiter tömegű, akkor pályasíkjának hajlásszöge (inklinációja) a külső koronghoz 3 fok körüli. Túl nagy bolygótömeg nem valószínű, mivel a béta Pictoris radiális sebessége nem változik úgy, mint az 51 Pegasi és mások esetében.

Ugyanakkor a béta Pictoris színképében rövid ideig tartó intenzitás csökkenéseket mutattak ki, amelyeket a csillag előtt elhaladó üstökösszerű, ködös égitestek okozhattak. Ezek mozgásának eloszlásából két vagy több bolygó együttes gravitációs hatására következtettek. Tehát minden jel arra mutat, hogy egy kialakulóban lévő bolygórendszert látunk, melyhez hasonlóan jöhetett létre Naprendszerünk is.

Végre felfedeztek barna törpéket!

1995-ben sikerrel járt a 20 éve tartó vadászat a barna törpékre. Ezek olyan égitestek, amelyek túl kicsi tömegűek ahhoz, hogy csillaggá váljanak, de a bolygóknál jóval nagyobb tömegűek. Az elnevezésük onnan ered, hogy a legkisebb vörös törpe csillagoknál is alacsonyabb a felszíni hőmérsékletük, sugárzásuk főleg az infravörös ("barna") tartományba esik.

A csillagfejlődési elméletek szerint ha a létrejövő égitest tömege kisebb, mint 0,08 Mo (naptömeg), akkor stabil hidrogén-hélium fúziós energiatermelés nem jöhet létre. Ezek az objektumok a kialakulásuk után egy ideig az infravörösben sugároznak, melyhez az energiát gravitációs összehúzódásuk szolgáltatja. Néha "szuper-Jupitereknek" is hívják őket. érdekes, hogy a modellek szerint a sugaruk alig függ a tömegüktől: 0,001 és 0,08 Mo között mind kb. Jupiter méretű, azaz a Napnál tízszer kisebbek. A nagyobb tömeg ugyanis nagyobb nyomással és sűrűséggel jár.

Fizikai szempontból a Jupiter-szerű óriásbolygók és a barna törpék között alig van különbség. Ugyanakkor kialakulásukat tekintve már igen, ugyanis a bolygók proto-planetáris korongban jönnek létre, míg a barna törpék valószínűleg a csillagokhoz hasonlóan a csillagközi anyag összehúzódása során születnek. Általában a 20 és 80 Jupiter-tömeg közötti objektumokat nevezik barna törpéknek.

Az aránylag nagyobb tömegűek centrális hőmérséklete 3 millió K körüli, ott egy ideig végbemehetnek fúziós folyamatok. A barna törpék felületi hőmérséklete 2000 K alatti, fényteljesítményük a Napénak csak legfeljebb néhány tízezrede. Ezért még egy hozzánk közelinek is nagyon kicsi a látszólagos fényessége, a legnagyobb infravörösben érzékelő távcsöveknek is kihívást jelent megfigyelésük. Színképük jelentősen eltér a feketetest sugárzás Planck-görbéjétől, és tele van molekulasávokkal.

A barna törpék tipikusan olyan objektumok, melyekre (már a hatvanas évek óta) jó elméleti modelleket dolgoztak ki, "csupán" a létük volt kérdéses. Az utóbbi években egyre több barna törpe-gyanus csillagot figyeltek meg. Néhány kettőscsillag egyik komponenséről van szó (ezeknél a tömeg viszonylag jól meghatározható), és tucatnyi nyílthalmazbeli halvány objektumról (itt meg a halmaz távolsága ismert, így a kis abszolút fényesség utalhat barna törpére). A fiatal, csak 60 millió éves csillaghalmazban, a Fiastyúkban 1993-ban egy angol kutatócsoport 22 olyan objektumot talált, melyek színképük alapján valószínűleg 0,05 Mo tömegűek. Ez arra engedett következtetni, hogy igen gyakoriak a Világegyetemben az ilyen csillagok.

A Hawaii szigeten felépített 10 m átmérőjű Keck távcsővel a Fiastyúk egy nagyon halvány, 22 magnitudós csillagának (jele PPL 15) színképében lítiumot találtak. Ennek a könnyű kémiai elemnek elméletileg még a Világegyetem születésekor, az ősrobbanást követően kellett kialakulnia, majd belekerülnie a létrejövő csillagok anyagába. A csillagok centrumában azután - legalább 2 millió K hőmérséklet esetén - protonnal ütközve a lítiumból két hélium mag alakul ki. Minél kisebb tömegű egy csillag, annál hosszabb ideig tart a lítium eltűnése. Mivel a barna törpék belsejében a konvektív áramlás miatt a centrális részek és a felszíni (légköri) lítium tartalom hasonló, a színképben megfigyelhető lítium abszorpció utal a csillag korára és tömegére. Végülis a PPL 15 tömege (0,08 Mo) épp a határérték, amely a vörös törpe csillagokat és a barna törpéket elválasztja.

A Kanári-szigeteken lévő 80 cm átmérőjű távcsővel egy újabb barna törpét találtak a Fiastyúk csillaghalmazban. A 4,2 méteres Herschel-teleszkóppal felvett színképe alapján a felszíni hőmérséklete 2350 K. A Teide 1 jelű objektum olyan halvány, hogy a becsült tömege csak 5%-a a Napénak. újabban a lítium "teszt" is pozitív lett.

4. táblázat: A különféle égitestek összehasonlítása

   égitest tömeg
  Mo
sugár
  Ro
felszíni hőmérséklet
            K
központi hőmérséklet
             K
központi sűrűség
       g/cm3
Nap 1 1 5770 15 000 000 145
vöröstörpe 0.1 0.2 2650 4 000 000 350
barnatörpe 0.02 0.1 750 440 000 100
Jupiter 0.001 0.1 165 22 500 24

A Gliese 229 egy halvány kis vörös törpe csillag 19 fényévre tőlünk. Palomar-hegyi távcsövekkel, majd a Hubble űrtávcsővel sikerült kimutatni egy tőle 7
ívmásodpercre látszó, a valóságban hozzá Nap-Plutó távolságban lévő objektumot. A kettős rendszer kisebb tagja már inkább barna törpének tekinthető, mint óriásbolygónak. Erre utal infravörös színképe is, mely szerint a Jupiterhez hasonlóan metánt tartalmaz a légköre, így nem lehet nagyon magas a hőmérséklete (1000 K alatti). Fényteljesítménye csak pár milliomod része a Napénak, tömege pedig csak mintegy 50 Jupiter-tömeg (ezt pontosan csak a társa körüli kismértékű mozgásából lehet majd meghatározni, amire az Hubble űrtávcső jövőbeli mérései adnak lehetőséget).

A nagy sajátmozgású, azaz égi koordinátáit gyorsan változtató, közeli csillagok között is keresik a fiatal, még aránylag jelentős luminozitású barna törpéket.

Az már régóta ismeretes, hogy az égbolt legfényesebb csillaga, a Szíriusz kettős, egy fehér törpe kísérője van. A közelmúltban mozgásuk pontos elemzéséből francia csillagászok arra következtettek, hogy a főkomponens körül egy legfeljebb 0,05 Mo tömegű, így alighanem barna törpe kering 6,3 év periódusú pályán. Mivel nagyon halvány lehet, és csak 3 ívmásodpercre távolodhat el a Szíriusz A-tól, közvetlen megfigyelése igazi kihívást jelent az infravörös távcsövek számára.

Gravitációs lencsék

B. Paczynski, Amerikában élő lengyel csillagász 1986-ban egy új lehetőséget javasolt: a barna törpéket a fényt eltérítő gravitációs hatásuk alapján is fel lehet fedezni (ld. [2.] ). A gravitációs mikrolencse jelenség megfigyelése lehetővé teszi, hogy a Tejútrendszer sötét anyagának mennyiségét és összetételét megismerjük.

Einstein általános relativitáselméletében megjósolta, hogy a fénysugarak iránya megváltozik, ha egy anyagtömeg közelében haladnak el. A Nap korongját érintő
fény eltérülése csupán 1,75 ívmásodperc, ezt a mérési hibán belül igazolták is napfogyatkozás során (először 1919-ben). A 30-as években többen is felvetették, hogy a galaxisok és a galaxishalmazok esetében könnyebben megfigyelhető lencsehatások lehetnek, és ezeknek nagy tudományos jelentősége lesz. 1979 óta valóban sorra fedezték fel kvazároknak és galaxisoknak lencse által többszörözött és torzított képét. Ezek vizsgálata lehetőséget adott a gravitációs lencseként működő, közelebbi galaxisok szerkezetének elemzésére is. A makrolencsék (galaxisok) esetében a létrehozott kép elemeit külön is meg tudjuk figyelni. A távoli, pontszerű kvazárnak a közelebbi, kiterjedt galaxis által létrehozott képe foltokból és ívekből, esetleg gyűrűből állhat, attól függően, hogy milyen a fényforrás, a lencse és a megfigyelő helyzete.

A továbbiakban a csillag-méretű mikrolencsékkel foglalkozunk. A Napnál kisebb tömegűek esetében a háttér-csillag képelemei ezred ívmásodpercnél közelebb vannak egymáshoz, így a távcsövekben összemosódnak. Ezért a mikrolencsék kimutatására azt a jelenséget használják fel, hogy a távolabbi csillagok fényessége a fókuszáló hatás miatt felerősödik. Feltéve, hogy a forrás a Nagy Magellán Felhőben van (távolsága 53 kpc), a lencse pedig a halo objektuma (10 kpc és v=200 km/s), a felfényesedés időtartama kb. t=70(M/Mo)1/2 nap. Egy Jupiter-tömegű (0,001 Mo) testre t=2 nap, egy barna törpére (M=0,07 Mo) t=20 nap.
A fénygörbe időben szimmetrikus. Egy-egy csillagnál a felfényesedés minden színben egyidejűleg és azonos mértékben megtörténik, valamint gyakorlatilag nem ismétlődik. Ezek a jellemzők segítenek megkülönböztetni a valódi változócsillagokat a mikrolencse jelenségtől. Mivel annak a valószínűsége, hogy a forrás és a lencse az égen nagyon közel halad el egymáshoz, igen csekély, a nagymértékű fényesség-növekedések lesznek a legritkábbak.

Miután Paczynski elméleti számításokkal rámutatott a mikrolencsék fényerősítő tulajdonságára, több kutatócsoport is alakult a megfigyelési programok elvégzésére (MACHO, EROS, OGLE, DUO, MOA). Az égbolt csillagokban nagyon gazdag területeinek módszeres fotografikus és CCD fotometriáját kezdték el. A Nagy Magellán Felhő, valamint a Tejútrendszer központi vidékei több millió csillagát vizsgálják. Kell is ez a nagy szám, hiszen kis valószínűséggel figyelhető meg a mikrolencse jelenség.

A megfigyelt lencse-események során az eredetileg 16 és 19 magnitudó közötti halvány csillagok fényesség-növekedése 0,2 - 2,3 magnitudó volt. A felfényesedés időtartama t=8-80 nap, így a lencsék becsült tömege 0,03 és 1 Mo közötti, tehát egy részük valószínűleg barna törpe.

Néhány év múlva eldől majd, hogy a barna törpék és a bolygók valóban nagy számban fordulnak-e elő. Az asztrofizika egyik legérdekesebb területe ez, melyen
napról-napra új eredmények születnek. Pár hónap múlva, mire ez az évkönyv az olvasókhoz kerül, alighanem kétszer ennyi csillag szerepel a bolygókkal rendelkezők listáján.

Ajánlott irodalom
[1.] BLACK, DAVID C.: Bolygók más csillagok körül, Tudomány, 1991. 3., 40-46.o.
[2.] SZATMÁRY KÁROLY: Barna törpecsillagok mint gravitációs lencsék, Csillagászati évkönyv 1995, 154.o.

1996. július (folytatása: 2002. július, a 2003-as Csillagászati évkönyvben)