Az Európai Űrügynökség (ESA) Cheops névre keresztelt űrtávcsövének legfontosabb feladata a már ismert, naprendszeren kívüli bolygók, ún. exobolygók mélyebb vizsgálata. Ez a feladat olykor, mint ezúttal a HD 110067 körüli bolygórendszer vizsgálatának esetében is, rendkívüli felfedezésekkel szolgálhat. A Cheops űrtávcső, amely tudományos tanácsának és testületének tagjai között számos magyar szakember, név szerint Bárczy Tamás (ADMATIS Kft., Miskolc), Csizmadia Szilárd (Institut für Planetenforschung, DLR, Berlin), Kiss László (HUN-REN CSFK), Simon Attila (Abteilung für Weltraumforschung und Planetologie, Universität Bern) és Szabó M. Gyula (ELTE Gothard Asztrofizikai Obszervatórium, Szombathely) is része, ezúttal valódi detektív munkát végzett a rendszer feltérképezése során.
A Cheops űrtávcső (művészi elképzelés)
A Nature folyóiratban publikált kutatás tárgyát képező rendszert 2020-ban figyelte meg először a TESS űrtávcső; ekkor exobolygók tranzitjára utaló jeleket észlelt a csillag fénygörbéjében. A megfigyelt adatokat azonban hiába próbálták rekonstruálni a csillag körül keringő két exobolygó következményeként, nem sikerült kielégítő eredményt elérni vele. Itt lépett be a képbe a Cheops, melynek tudományos programján belül külön munkacsoport dolgozik azon, hogy a lehető legkevesebb megfigyelés segítségével átfogó képet alkossanak a különböző exobolygórendszerekről. A kutatócsoport arra jutott, hogy a rendszerben valójában kettőnél több exobolygó jelét sikerült megfigyelni. A legfőbb kérdés az volt, hogy ha valóban kering a csillag körül egy harmadik exobolygó, mikor várható annak tranzitja? Igazi detektívmunka révén, a lehetséges tranzitok számát a leghatékonyabban leszűkítve végül sikerült kideríteni a tranzit várható idejét – a Cheops pedig a megfelelő időpontban a csillagra pillantva minden kétséget kizárólag felfedezte a harmadik bolygót is a csillag körül.
A valódi kutatómunka azonban csak itt vette kezdetét. Kiderült, hogy a három bolygó keringési periódusa egymással rezonanciában van – míg a belső, b jelű bolygó háromszor kerüli meg csillagát, addig a c jelű bolygó kétszer teszi meg ugyanezt. A rendszer c és d jelű bolygója között szintén ilyen kapcsolat állt fenn, így adódott a felvetés, hogy ha a csillag körül más planéták is keringenek, ők is hasonlóképpen „szinkronizálva” lehetnek egymással, amely megkönnyítheti a felfedezésüket. A TESS fénygörbéiben ugyanis a három planéta kimutatása után is maradtak beazonosítatlan tranzitok, amelyeket egyik ismert égitesthez sem lehetett kapcsolni. Ezek ún. duo- és monotranzitok, melyek elnevezése arra utal, hogy hány tranzitját sikerült beazonosítani az exobolygónak. Duotranzit esetén ugyanazon égitest áthaladását két alkalommal is sikerült detektálni, azonban a bolygó pályája ekkor még mindig elfajult; a megfigyelt tranzitokat többféle konfiguráció is eredményezheti. Még nehezebb a kutatók dolga a monotranzitok esetén, amikor egy exobolygónak csupán egy tranzitját sikerült detektálni, így annak keringési idejéről lényegében nincs információ. Rezonancia esetén azonban a már ismert bolygók pályájának segítségével ezen bolygók keringése is feltérképezhető. A rezonáns konfiguráció, valamint megfelelő nyomozómunka révén hamar lehullt a lepel a duo- és monotranzitokról is. Kiderült, hogy a csillag körül valójában összesen hat, egymással rezonanciában keringő égitest található! A HD 110067 így eddig a legfényesebb olyan csillag, amely körül háromnál több exobolygót is felfedeztek. De mit árul el a rendszerről ez az érdekes dinamikai konfiguráció, amelyhez hasonlót eddig még csupán kétszer sikerült kimutatni?
A HD 110067 rendszer hat mini-Neptunusz típusú exobolygója, valamint azok pályái. A legbelső bolygó valamivel több, mint 9 nap alatt kerüli meg a csillagot, míg a legkülső, g jelű planéta keringési ideje 54,77. Az egyes keringési pályák közötti rezonanciákat az ábrán számpárok jelölik.
Az exobolygók pályája alapvetően a planéták kialakulásukról és fejlődésükről hordoz információt. A legtöbb bolygórendszer esetén a bolygók kialakulásukat követően rezonanciában vannak egymással, azonban később ez a konfiguráció (valamilyen külső hatás, pl. becsapódás, közeli csillag elhaladása, óriásbolygó hatása révén) felbomlik, így rendkívül ritka az olyan rendszer, amely megőrzi ezt a kezdeti felállást. Az, hogy a HD 110067 bolygóinál még egy milliárd év elteltével is fennmaradt a rezonancia, azt jelzi, hogy a rendszert fennállása során nem érintette olyan esemény, amely a bolygók dinamikáját számottevően befolyásolta volna. A kutatás során vizsgált exobolygók azonban nem csupán keringési pályájuk miatt érdekes célpontok. Mind a hat bolygó ún. mini-neptunusz típusú planéta, vagyis más gázbolygókhoz hasonlóan, nagy kiterjedésű hidrogén-légkörrel rendelkeznek. Ezen tulajdonságuk, valamint a központi csillag nagy látszó fényességének köszönhetően ideális célpontjai lehetnek majd a James Webb űrteleszkóp méréseinek, amely során a kutatók e távoli bolygók légkörének összetételét vizsgálhatják majd meg nagy pontossággal.
A videó a hat exobolygó keringését mutatja be központi csillag körül. Szonifikáció révén még jobb belátást nyújt a rezonáns rendszerben uralkodó dinamikai harmóniába.
(nyitókép: Thibaut Roger/NCCR PlanetS)