Az 51 Pegasi és társai
Exobolygók, barna törpék, porkorongok - A SETI szépsége /Almár Iván/

Bár a pulzárbolygók felfedezését szakmai körökben nagyra értékelték, de az igazi szenzációt egy 1996 október 6-i bejelentés keltette az 51 Pegasi nevű, a Naphoz hasonló csillag bolygószerű kísérőjének felfedezéséről. A szerencsés felfedezők, Michel Mayor és Didier Queloz genfi csillagászok a Pireneusokban lévő obszervatóriumban dolgoztak új, 13m/mp érzékenységű spektrográfjukkal, amikor felfigyeltek az 51 Pegasi radiális sebességének 60 m/mp amlitúdójú és mindössze 4 nap periódusú ingadozására. Noha az ismertetett spektroszkópiai módszertől már a nyolcvanas évektől kezdve eredményeket vártak, a svájciak felfedezése több szempontból teljesen váratlan volt. Elsősorban azért, mert az 51 Pegasi nagyjából Jupiter-tömegű kísérője túlságosan közel kering a csillaghoz - ott, ahol naprendszerbeli tapasztalataink alapján óriásbolygó nincs. Keringési ideje alig több, mint 4 nap - a Jupiteré pedig 11 év! Ennyire rövid periódusú ingadozást a többi kutatócsoport nem is keresett, ezért sikerült a svájciaknak még a jobb spektrográffal rendelkező amerikaiakat is megelőzniük. Mielőtt eredményeiket publikálták, a svájciak gondosan végigvizsgálták a megfigyelt jelenség összes lehetséges magyarázatát, és arra a következtetésre jutottak, hogy ez a bolygó valóban létezik.

Az amerikai Lick Obszervatóriumban Marcy és Butler nyolc éve dolgozott már hasonló megfigyelési programon egy, a jódgőz színképvonalait etalonként hasznosító, igen érzékeny spektrográffal. A hír hallatán átvizsgálták korábbi megfigyelési anyagukat, igazolták az 51 Pegasi bolygójára vonatkozó svájci eredményt, és 1996-ban egész sor újabb bolygófelfedezést publikáltak. Az eddigi eredményeket egy közös léptékre redukálva mutatjuk be az 5. ábrán.

Az 51 Pegasi története azonban még tartogatott meglepetéseket. 1997 legelején David Gray, a Nyugat-Ontario egyetem csillagásza kétségbe vonta a svájciak által felfedezett első exobolygó létezését. Azt állította ugyanis, hogy az 51 Pegasinál nemcsak a vonalak helyzete változik a 4,22 napos periódussal, hanem a vonalak alakja is. Ez a jelenség viszont már csak úgy magyarázható, ha a csillag pulzál, vagyis felszíne hol közeledik, hol távolodik, és ez okozza a megfigyelt Doppler-eltolódást is. Bár asztrofizikai alapon nehezen érthető, hogy egy, a Napra hasonlító csillag miért végez ilyen lassú oszcillációkat (és az 51 Pegasinál hiányzott a pulzációhoz tartozó fényváltozás is), mégis a megfigyelési tények kemény érvek, és a csillagászok kezdtek kételkedni a csillagokhoz közeli pályán keringő óriásbolygók létezésében.

1997-ben több kutatócsoport is megismételte a kritikus vizsgálatot, keresték a színképvonalak profilváltozásait az 51 Pegasi és a "t" Bootis csillagoknál, de azt nem találták. Hiba lett volna a kényes mérésekben? 1998 januárjában Gray beismerte, hogy tévedett, és visszavonta állításait. (A vita végig kulturáltan, szigorúan tudományos érvekkel, személyeskedés nélkül zajlott. Gray is elismerte, hogy a svájci felfedezők fontos bejelentésük előtt igen gondosan megvizsgálták a lehetséges alternatív magyarázatokat és a hibaforrásokat. Ennek az epizódnak a tanulságaira még visszatérünk.)

Az exobolygók felfedezéssorozata folytatódott, valóságos "aranyláz" tört ki, az óriástávcsövekkel rendelkező csillagászok jelentős része bolygóvadászatba kezdett. Az eredmények nem is maradtak el: a csillagok 5-6%-ánál sikerült valamiféle kísérőt felfedezni. A végső következtetések még hiányoznak, de azért néhány meglepő eredményről már érdemes beszámolni.

A spektroszkópiai megfigyelések lényegében két adatot szolgáltattak: a tömeget és a pályát (lásd a II. és IV. Táblázatot). A tömeg levezetése a radiális sebességre szuperponálódó ingadozás amplitúdójából egyszerű ugyan, de tulajdonképpen csak alsó korlátot ad. A görbéről levezetett érték Mk ugyanis

Mk = M * sin i

ahol a valóságos tömeget (M) meg kell szorozni a hajlásszög (i) szinuszával, márpedig ezt a szöget, vagyis a bolygópálya hajlását a látóirányhoz nem ismerjük. Gyakorlatilag M akár kétszerese is lehet a levezetett Mk értéknek, de az ennél nagyobb tömegek valószínűsége elenyésző.

A bolygó keringési ideje az ingadozásban tapasztalt periódussal egyenlő, a pálya excentricitása pedig a levezethető ingadozás aszimmetriájával: mennél nagyobb az eltérés a görbe közeledő illetve távolodó fele között, annál elnyúltabb a pálya (lásd a 6. ábrát). A felfedezett exobolygók egy részénél igen nagy excentricitású pályákra bukkantak.

6. ábra A 70 Virginis radiális sebesség görbéje a mellette felfedezett exobolygó nagy excentritású, vagyis elnyúlt pályájára utal.

Valamennyi új égitest tömege (pontosabban az M*sin i érték) 0,47 és 60 Jupiter-tömeg közé esik. Meglepő módon a kisebb értékek viszonylag gyakoribbak. Mivel a nagyobb tömeg azt is jelenti, hogy az effektus felfedezése könnyebb, úgy tűnik, hogy a több tízszeres Jupiter tömegű kísérők viszonylag ritkán fordulnak elő az Univerzumban.

Ami a pályákat illeti, azok általában nagyon eltérnek a Naprendszer bolygóinál tapasztaltaktól. Egyrészt, mint említettük már, ezeknél az exobolygó-óriásoknál gyakori az anyacsillaghoz közel húzódó pálya, másrészt sok az elnyúlt, szinte üstökösszerű pálya is. Úgy is fogalmazhatnánk, hogy alig találunk olyan exobolygót, amely pályáját tekintve beleillene a Naprendszerbe. Ezek lennének a mi bolygótestvéreink? Bolygók-e ezek az újonnan felfedezett égitestek egyáltalán?

3. táblázat Exobolygók növekvő tömeg sorrendjében (betűk magyarázata)
Csillag | d | a | Mk | P | e
51 Peg | 15.4 | 0.05 | 0.47 | 4.2293 | 0.0
HD 187123 | 50 | 0.42 | 0.52 | 3.097 | 0.03
usp And | 16.5 | 0.057 | 0.68 | 4.611 | 0.15
55Cnc | 13.4 | 0.11 | 0.84 | 14.648 | 0.051
"p" CrB | 16.7 | 0.23 | 1.1 | 39.645 | 0.028
HD 217107 | 37 | 0.04 | 1.28 | 7.11 | 0.14
HD 210277 | 22 | 1.097 | 1.28 | 437 | 0.45
16 CygB | 22 | 0.6-2.7 | 1.5 | 804 | 0.67
Gliese 876 | 4.72 | 0.21 | 2.1 | 60.85 | 0.27
47 Uma | 14.1 | 2.11 | 2.8 | 2.98 év | 0.03
14 Her | 17 | 2.5 | 3.3 | 1619 | 0.3537
HD 195019 | 20 | 0.14 | 3.43 | 18.3 | 0.05
"t" Boo | 15 | 0.0462 | 3.87 | 3.3128 | 0.018
HD 168443 | 33 | 0.277 | 5.04 | 57.9 | 0.54
GI 86 | 12 | 0.11 | 3.6 | 15.83 | 0.05
70 Vir | 18.1 | 0.43 | 6.6 | 116.6 | 0.4
HD 114762 | 28 | 0.3 | 11 | 84.03 | 3.334

4. táblázat Barna törpék (betűk magyarázata)
Csillag | d | a (kb.) | Mk | P | e
HD 110833 | 17 | -0.8 | 17 | 270.04 | 0.69
BD-04 782 | ? | 0.7 | 21 | 240.92 | 0.28
HD 112758 | 16.5 | 0.35 | 35 | 103.22 | 0.16
HD 98230 | ? | .06 | 37 | 3.98 | 0.00
HD 18445 | ? | 0.9 | 39 | 554.67 | 0.54
HD 29587 | 45 | 2.5 | 40 | 3.17 év | 0
Gliese 229 | 6.7 | 40 | kb. 40 | kb. 200 év | ?
HD 140913 | ? | 0.54 | 46 | 147.94 | 0.61
HD 283750 | 16.5 | 0.04 | 50 | 1.79 | 0.02
HD 89707 | 25 | - | 54 | 198.25 | 0.95
HD 217580 | 18 | 1 | 60 | 454.66 | 0.52

A válasz nem egyszerű. A Naprendszerben azokat a Nap körül közel körpályán és gyakorlatilag egy síkban és egy irányban keringő, viszonylag nagy égitesteket nevezzük bolygóknak, amelyek fényüket a Naptól kapják. Minden jel arra mutat, hogy a Föld és bolygótestvérei a Nap körül annak megszületése után megmaradt, nagykiterjedésű, hideg protoplanetáris por- és gázkorongból összecsomósodás útján jöttek létre. Ezzel szemben a csillagok egy-egy forró gázfelhő gravitációs összeomlása során keletkeztek, tehát eredetük teljesen különböző. Vajon hogyan keletkeztek az exobolygók?

Fontos megállapítás az is, hogy a Naprendszer belső vidékeiről a Nap sugárnyomása és a napszél minden bizonnyal kifújta a gázanyagot, még mielőtt a bolygók összeálltak volna. Ezért találhatók a Naphoz közel a szilárd anyagú, Föld-szerű bolygók. A külső Naprendszerben pedig, ahol a távolsággal csökkenő hőmérséklet miatt a víz megfagyott, a jég kőzetalkotóként vett részt a bolygótestek felépítésében; az így létrejött nagy bolygómagok azután gravitációsan magukhoz tudták kötni a környező gázanyagot, s ennek következtében hatalmas, gázanyagú óriásbolygók alakultak ki. A Nap közelében maradt porkomponens óriásbolygók létrehozásához nem elegendő.

Igaz-e ez a fejlődéstörténet más bolygórendszerek esetében is? Korábban több csillagászati megfigyelés arra utalt, hogy igen. Bár a kis távcsőben ködnek látszó spirálgalaxisokról időközben kiderült, hogy nem születőben lévő bolygórendszerek, hanem távoli csillagvárosok, de más módszerekkel sikerült közönséges csillagok körül ígéretes "protoplanetáris" porkorongokat találni. 1984-ben az IRAS infravörös csillagászati hold véletlenül fedezte fel a Vega csillag körüli porkorongot (amely infravörösben erősen sugároz), és kiderült, hogy ez viszonylag gyakori jelenség az égen. Az IRAS még legalább hat ilyen infravörös burkot figyelt meg. (1994-ben a Hubble űrtávcső az Orion ködben szintén protoplanetáris felhőknek tűnő alakzatokat fényképezett le.) Az egyiket, a "beta" Pictoris csillag körülit sikerült közvetlenül is lefényképezni: lapult porkorongnak bizonyult, amely néhány száz csillagászati egység kiterjedésű, 50-150 K hőmérsékletű, és nem kizárt, hogy benne éppen bolygók keletkeznek. Érdekes megfigyelés, hogy e korongok közepe gyakran üres, mintha ott a keletkező bolygók már végeztek volna a por "összesöprésével". Maguk a bolygók ugyan nem láthatók, de a por nagy távolságból is fénylik.

1998. július 8-án egy nemzetközi kutatócsoport bejelentette, hogy a Hawaii-ban működő Maxwell távcsőre szerelt új, SCUBA kamerával porgyűrűt fedeztek fel és fényképeztek le az e Eridani csillag körül a szubmilliméteres hullámhossztartományban. A felfedezés azért jelentős, mert az e Eridani az egyik legközelebbi Nap-szerű csillag (távolsága alig 10,6 fényév), és a porgyűrű - amelyben egy fényesebb pontot is észleltek - nagyon emlékeztet a Naprendszert körülvevő Kuiper övezetre kívülről nézve. Pontosabban, az e Eridani porgyűrűje ezerszer sűrűbb, de ez érthető is, ha figyelembe vesszük, hogy a csillag kora csak 0,5-1,0 milliárd év, vagyis legalább ötször fiatalabb Napunknál. A Naprendszert 4-5 milliárd éve, a bolygók kialakulása idején, hasonlóan sűrű, üstökösökből és porból álló gyűrű övezhette. Az még nem eldöntött kérdés, hogy vannak-e már bolygók az e Eridani körül is, de az említett fényes pont éppen összesűrűsödő bolygóra is utalhat.

Ezek után hogyan tudjuk eldönteni, hogy a II. és IV. táblázat új égitestjei nagy bolygók-e vagy kis csillagok? A válaszról ma még élénk vita folyik, bár valószínű, hogy a táblázatokban mindkettő előfordul. Meglehetősen önkényesen 11 Jupiter-tömegnél vontuk meg azt a határt, amely alatt feltehetőleg bolygóról (exobolygó), s amely felett csillagról (barna törpe) lehet szó. De vannak, akik szerint az elnyúlt pályán keringő égitestek valójában mind csillagként, vagyis gravitációs kollapszussal keletkeztek, csak tömegük túl kicsi maradt, ezért nem indult be belsejükben a magfúzió. Eszerint például a 16 CygniB kísérője is elvetélt csillag lenne, noha tömege nem sokkal nagyobb a Jupiterénél. David Black neves amerikai planetológus véleménye szerint valamennyi eddig felfedezett kísérő égitest barna törpe, igazi bolygót még nem találtak.

Élénk szakmai vitákat váltott ki az a kérdés, hogy hogyan alakultak ki az újonnan felfedezett égitestek különleges pályái. Ott keletkeztek-e az óriásbolygók közvetlenül az anyacsillag közelében, vagy távolabb jöttek létre és valahogyan odasodródtak? A ma leginkább elfogadott elképzelés szerint az óriásbolygók annak rendje és módja szerint a csillagtól távol, az ott maradt jég-, por- és gázanyagból jöttek létre, mozgásuk azonban évmilliók alatt lefékeződött, és egyre közelebb kerültek az anyacsillaghoz. Ezt a fékeződést okozhatták a csillagból spirálalakban kifelé haladó sűrűségi hullámok, de felelős lehet a porkorong megmaradt anyaga is. Lehet, hogy a csillag közvetlen környezetében annyira kiritkult a felhő, hogy ott megállt az óriásbolygó fékeződése, vagy esetleg elfogyott a por, és azért stabilizálódott a bolygó helyzete. Talán a mi Naprendszerünkben kevesebb volt az építőanyag, azért maradhattak annyira távol a Naptól a Jupiter és társai - ami persze a Föld és a rajta kialakult élet szempontjából kedvező körülmény.

Az elnyúlt pályák eredetéről ma még keveset tudunk. Ha a bolygók valóban sorozatos ütközések során cementeződtek össze, akkor pályájuk szükségképpen körré alakul. Sőt az is szinte biztos, hogy egy olyan bolygórendszerben, amelyben létezik egy elnyúlt pályán keringő óriás (mint például a 16 Cygni B esetében), nem lehetnek stabil körpályákon keringő, kisebb bolygók is. Ezeket ugyanis az óriás perturbáló hatása rendre kilöki a rendszerből. Stabil viszonyok nélkül viszont nehezen jöhet létre élet, még kevésbé van lehetőség olyan, évmilliárdokig töretlen fejlődésre, mint amilyen Földünkön elvezetett az emberi civilizációig. Megfordítva ezt a gondolatmenetet, úgy is fogalmazhatnánk, hogy ha gondolkodó és csillagászati megfigyeléseket végző lények belülről látnak egy bolygórendszert, akkor abban csak közel körpályákon keringő, egymást minimálisan zavaró bolygók létezhetnek. Lehet, hogy a bolygórendszerek túlnyomó többsége nem ilyen, de másmilyenekben nem születhetnek és nem is létezhetnek megfigyelők (az odatelepülést, mint lehetőséget figyelmen kívül hagyva).

Említsünk meg néhány újabban felfedezett, érdekes égitestet! A Gliese 876 jelű csillag az első vörös törpe, amely körül spektroszkópiailag bolygót fedeztek fel. A csillag távolsága csak 15 fényév. A Gliese 229B viszont valószínűleg egy egyedülálló barna törpe, az első ebből az égitest-típusból, amelyet közvetlenül sikerült lefényképezni. Fényességéből és színképéből következtettek arra, hogy olyan alacsony a hőmérséklete, amely átmenetet képvisel egy bolygó és egy valódi csillagé között. Légköre, amelyben vízgőzt és metánt, újabban pedig szén-monoxidot találtak, hasonló lehet a Jupiteréhez.

Bármilyen meglepő, de nemrég a Hubble űrtávcsővel közvetlenül lefényképeztek egy "bolygógyanús" égitestet! A sikert a NASA 1998. május 29-én jelentette be. A TMR-1C jelű objektum a Bika csillagképben található. Egy kettőscsillag mellett infravörös fényben halvány égitest látszik, köztük 1500 CSE hosszú összekötő fényhíddal. Ha a halvány fénypont a kettős rendszerhez tartozik, vagyis onnan lökődött ki, akkor óriásbolygó vagy barna törpe lehet. (Az űrtávcső azért tudta lefényképezni, mert olyan messze van már a csillagoktól, hogy azok ragyogása nem homályosítja el a fényét.) De valóban bolygóról van-e szó? Jelenleg biztosan túl messze van a kettőscsillagtól ahhoz, hogy igazi bolygóként keringő mozgást végezzen körülöttük. Sőt még az a kérdés sem dőlt el, hogy a TMR-1C valóban ott van-e 130 parsec távolságban a kettőscsillag közelében, vagy sokkal messzebbről érkezik a fénye, és csak véletlenül vetül a fényívre.

A kezdeti sikerek megnövelték az étvágyat. Marcy és Butler csoportja kettévált, Marcy a Lick Obszervatóriumból 120, illetve 1996 júliusa óta a 10 m-es Keck távcsővel 400 csillagot figyel az északi féltekén, ugyanakkor Butler a déli félgömbön lévő Angol-Ausztrál Obszervatóriumhoz szegődött, hogy annak 390 cm-es távcsövével 150 déli csillagot követhessen. A Mayor-Queloz csoport még több, összesen 400 északi és 500 déli csillag vizsgálatába kezdett. Hamarosan bekapcsolódik a megfigyelésekbe egy új, 9 m-es távcső Texasból. A legpontosabb mérésekre a Hawaii szigeteken lévő, hatalmas Keck távcsőpár összekapcsolásával létrehozható optikai interferométer lesz képes; a tervek szerint ez is megkezdi a bolygóvadászatot.

Előző fejezet - Tartalomjegyzék - Következő fejezet

SETI - Földönkívüli Intelligens Élet Kutatás
tudományos módszerekkel
Frissítve: 2000-11-13 Távkapcsolat Co.