Egy közeli csillagrendszer két ismert bolygójának vizsgálata közben az Európai Űrügynökség (European Space Agency, ESA) Cheops elnevezésű űrteleszkópja váratlanul egy harmadik bolygó csillagkorong előtti átvonulását is rögzítette – nem kis meglepetést okozva ezzel a kutatóknak. A meghökkentő felfedezés izgalmas részleteket árul el erről a kivételes planétáról, melyhez hasonlót a kutatóknak korábban nem volt lehetőségük tanulmányozni. A Cheops tudományos irányítóbizottságának magyar tagja Kiss László, az ELKH Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont (CSFK) főigazgatója. A megfigyelések eredményeit összefoglaló cikk a Nature Astronomy szaklapban jelent meg június 28-án.

A Cheops (CHaracterizing ExOPlanet Satellite, „Exobolygó Karakterizáló Műhold, „egy európai üzemeltetésű űrteleszkóp, melynek elsődleges célja a már ismert exobolygók mélyebb megismerése. A nemzetközi együttműködésben magyar részről – Kiss László mellett – a szombathelyi Gothard Asztrofizikai Obszervatórium igazgatója, Szabó M. Gyula is részt vesz.

A Cheops ezúttal a Farkas (Lupus) csillagképben található közeli, Napunkhoz hasonló csillag, a 2 Lupi bolygóit vizsgálta. A kevesebb mint ötven fényévnyire található égitest olyan fényes, hogy szabad szemmel is megfigyelhető. A rendszerben található három exobolygót 2019-ben fedezték fel a Chilében működő HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher, „Nagy pontosságú radiálissebesség-méréseket végző bolygókereső”) teleszkóppal. A planéták a Földnél nagyobb, a Neptunusznál viszont kisebb tömegűnek bizonyultak. A rendszert a NASA TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite, „Fedési Exobolygókat Felmérő Műhold”„) teleszkópja is vizsgálta, amely a két belső bolygó (b és c) tranzitját – azaz csillagkorong előtti áthaladását – is kimutatta. A Cheops célja szintén e két égitest pontosabb vizsgálata volt.

– „A Nű2 Lupihoz hasonló tranzitáló rendszerek rendkívül fontosak a bolygók kialakulásának és fejlődésének megismerése szempontjából, hiszen több, ugyanazon fényes csillag körül keringő bolygót hasonlíthatunk össze nagy részletességgel” – mondja a munkát vezető Laetitia Delrez, a Liège-i Egyetem kutatója.

Nagy meglepetést okozott a Cheops kutatóinak, amikor a c bolygó vizsgálata során észrevették, hogy egy másik égitest is áthaladt a Nű2 Lupi korongja előtt. A Nű2 Lupi d tranzitja azért volt kiváltképp meglepő, mert a bolygó jóval távolabb kering a csillagtól, mint két társa. Míg a b és c bolygó csupán 11,6 és 27,6 nap alatt kerüli meg csillagát, addig a Nű2 Lupi d-nek ehhez több mint száz napra van szüksége. Ilyen távoli égitestek esetén a csillagkorong előtti áthaladásra jóval kisebb az esély. A szerencsének és a Cheops precizitásának köszönhetően példátlan lehetőség adódott az égitest beható vizsgálatára.

A tranzit során az exobolygó kitakarja a csillag korongjának egy apró hányadát, ami a csillagfény kismértékű csökkenését okozza. A fénycsökkenés mértékéből következtetni lehet a bolygó méretére, sőt, annak pályájáról és esetleges légköréről is információt nyújt. A tranzitok mérése tehát az exobolygórendszerek vizsgálatának bevált módja. A Cheops precíz fényességmérésének köszönhetően a kutatók képesek voltak rendkívül pontosan meghatározni mindhárom bolygó méretét. A meglepetést okozó Nű2 Lupi d-ről bebizonyosodott, hogy a Földnél két és félszer nagyobb sugarú égitest, amely a központi csillagot 107 nap alatt kerüli meg.

– „A bolygót elérő, csillagból érkező sugárzás is kisebb mértékű, mint sok más ismert exobolygó esetében. Naprendszerünkben a Nű2 Lupi d a Merkúr és a Vénusz közötti távolságban keringene” – meséli róla a felfedezésről szóló cikk egyik társszerzője, David Ehrenreich, a svájci Genfi Egyetem kutatója.

A Nű2 Lupi d kiváló alanyul szolgálhat majd a hamarosan startoló James Webb űrteleszkóp (James Webb Space Telescope, JWST) számára is. Sok tranzitbolygó esetén fennálló probléma, hogy a központi csillaguk túl halvány a bolygó paramétereinek pontosabb vizsgálatához. A Nű2 Lupi ezzel szemben a fényes csillagok közé tartozik, d bolygója pedig egy hiánypótló osztály jeles képviselője – a csillagtól távolabb keringő tranzitbolygóké. Ennek köszönhetően kedvező célpontnak ígérkezik a nem túl forró exobolygólégkörök vizsgálatára is.

Ugyan a Nű2 Lupi bolygói közül egyik égitest sem a lakhatósági zónán belül kering, mégis remek lehetőséget biztosítanak a bolygók fejlődésének, belső szerkezetének vizsgálatára, vagy épp kísérőik kimutatására. A Cheops által nagy pontossággal mért bolygósugárértékek a korábbi, földi mérésekből származó tömegadatokkal kombinálva megadják az egyes égitestek átlagsűrűségét. Ezek ismeretében lehetőség nyílik a bolygók belső szerkezetének feltérképezésére is. A kutatások eredményei alapján a legbelső, b bolygó főleg kőzetből áll, így az a szuperföldek kategóriájába tartozik. Vele ellentétben a c és a d bolygók esetén a mérések nagy víztartalomra és egy kiterjedt, hidrogénből és héliumból álló burok jelenlétére utalnak. Bár víztartalmuk jóval meghaladja a Földét, esetükben az nem folyékony halmazállapotban fordul elő. A kutatók számításai szerint a Nű2 Lupi c és d bolygón a víz vagy nagy nyomású jégrétegben található, vagy a felszínt körülvevő légkörben, forró gőz formájában lehet jelen.

Adottságainak köszönhetően a Nű2 Lupi rendszer ideális célpont lehet exoholdak, vagy éppen a bolygókat körülvevő gyűrűrendszerek kimutatására is. A Cheops űrteleszkóp rendkívüli pontossága révén alkalmas erre a feladatra, mivel lehetőséget nyújt a kisebb, akár Mars-méretű égitestek felfedezésére is.

Művészi elképzelés a Nű2 Lupi rendszerről, előtérben a váratlan meglepetéssel szolgáló d bolygóval (Forrás: ESA)

A kutatás során a bolygók belső szerkezetét is sikerült pontosabban megismerni. Az új eredmények arra utalnak, hogy míg a Nű2 Lupi b egy Földnél nagyobb méretű kőzetbolygó, addig a c és d égitestek jelentős H/He légkörrel rendelkező mini-Neptunuszok. (Forrás – kép: ESA; adatok: L. Delrez et al. (2021))

Publikáció:

Delrez, L., Ehrenreich, D., Alibert, Y. et al. Transit detection of the long-period volatile-rich super-Earth ν2 Lupi d with CHEOPS. Nat Astron (2021).

Szabadon elérhető változata: https://arxiv.org/abs/2106.14491