Akkora a tömege, mint a Földnek, de jóval nagyobb

Érdekes megállapításra jutott egy csillagászcsoport, melynek egyik tagja magyar.

Egy nemzetközi kutatócsoport – melynek a Princetonban dolgozó Bakos Gáspár is tagja – felfedezte az első olyan fedési, azaz csillaga előtt periodikusan elhaladó exobolygót, amelynek tömege megegyezik a Földével. A KOI-314c jelöléssel ellátott planéta a legkisebb tömegű bolygó, melynek a tömegét és a méretét is sikerült meghatározni. Bár előbbi megegyezik anyabolygónkéval, átmérője 60 százalékkal nagyobb a Földénél, ami azt jelenti, hogy nagyon vastag gázlégkörrel kell rendelkeznie. A felfedezést jegyző kutatócsoport vezetője, David Kipping (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, CfA) szerint a bolygó tömege ugyanakkora lehet, mint a Földé, a KOI-314c azonban biztosan nem földszerű, léte pedig azt jelzi, hogy nem húzható éles határvonal a Földhöz hasonló kőzetbolygók és a gázóriások/vízbolygók között.

A csoport a KOI-314c fő jellemzőit a Kepler-űrteleszkóp adatai alapján határozta meg. A bolygó egy halvány, a Földtől 200 fényév távolságban található vörös törpe körül kering 23 napos periódussal. Hőmérsékletét 100 Celsius-fok körülire becsülik, azaz már csak ennél fogva is alkalmatlan az általunk ismert létformák hordozására. Átlagsűrűsége csak 30 százalékkal nagyobb a vízénél, ami azt sugallja, hogy több száz kilométer vastagságú, hidrogénből és héliumból álló légkör övezheti. Pályafutását mini-Neptunuszként kezdhette, az idők során azonban csillagának intenzív sugárzása miatt elveszthette az atmoszféráját alkotó gáztömeg egy részét.

A tömeg meghatározása egy ilyen kicsiny planétánál nem egyszerű dolog. Az exobolygók tömegének megállapítása hagyományos módon a központi csillag spektrumának elemzésével, az úgynevezett Doppler-módszerrel történik: a bolygó a keringése során kicsit „megrángatja” a csillagát, ez a hatás pedig a csillag színképvonalainak periodikus eltolódásában nyilvánul meg. Ez a radiálissebesség-módszer annál hatékonyabb, minél nagyobb tömegű a bolygó. A Földével összemérhető tömegű planéták által okozott effektus azonban nagyon kicsi, így nehezen mérhető. A korábbi, meghatározható tömegű rekorder a Kepler-78b volt körülbelül 1,7 földtömeggel.

A KOI-314c tömegének meghatározásához a csoport egy másik, csak a tranzitos exobolygók esetén használható eljárást vetett be, ez az ún. TTV (tranzit timing variations) módszer. Ha egy fedési rendszerben legalább két bolygó kering a csillag körül, akkor az egymásra gyakorolt gravitációs hatásuk miatt a planéták tranzitidőpontja (annak az időintervallumnak a közepe, amikor a bolygó elhalad a csillaga előtt) kissé eltolódik ahhoz képest, mintha rajtuk kívül nem lenne a rendszerben más égitest. A Kepler-űrtávcső fénygörbéi alapján ezeket a csúszásokat, ebből pedig az egymást perturbáló bolygók tömegét nagy pontossággal meg lehet határozni.

A KOI-314 rendszerében a másik planéta, a KOI-314b hasonló méretű, mint a KOI-314c, sűrűsége azonban jóval nagyobb, így tömege a Földének mintegy négyszerese. A csillagot 13 napos periódussal járja körbe, ami azt jelenti, hogy a külső bolygóval 5:3-as középmozgás-rezonanciában van. (Rezonanciáról beszélünk, ha két égitest keringési idejének hányadosa kis egész számok arányával közelíthető. Jelen esetben ez azt jelenti, hogy 5-ször 13 az nagyjából 3-szor 23.) A TTV módszer viszonylag új, első sikeres alkalmazása mindössze három évvel ezelőtt történt. Az új eredmények azonban jelzik a benne rejlő potenciált, különösen a kis tömegű bolygók esetén, melyeknél a hagyományos spektroszkópiai módszer nem használható. Kipping hasonlata szerint a KOI-314c-vel a TTV módszer nagykorúvá vált.

A KOI-314c felfedezése némileg a szerencsének köszönhető, ugyanis a kutatók a Kepler-űrtávcső adatait nem újabb exobolygók, hanem exoholdak után kutatva fésülték át. A Kipping által vezetett HEK (Hunt for Exomoons with Kepler) projekt exoholdak – azaz exobolygók körül keringő kísérők – által okozott TTV-k nyomát keresték az űrtávcső ultrapontos fénygörbéiben. Kipping szerint a TTV létének felismerése után az is azonnal nyilvánvalóvá vált számukra, hogy azt nem hold, hanem a rendszer egy másik, addig ismeretlen bolygója okozta. Elmondása alapján először csalódottak voltak, hogy nem egy exoholdat – az elsőt a csillagászat történetében – detektáltak (ez kétségtelenül „nagyobb durranás” lett volna), de csalódottságukat enyhítette annak azonnali felismerése, hogy ennek ellenére is egy nagyon különleges mérést végeztek el.

Az eredmények ismertetése az American Astronomical Society 223. közgyűléséhez kapcsolódó sajtókonferencián hangzott el, a szakcikk pedig az Astrophysical Journal című folyóiratban fog megjelenni.