A Földtől mindössze 40 fényévre lévő halvány, vörös TRAPPIST–1 csillag körül keringő bolygókat az ESO La Silla Obszervatóriumában működő TRAPPIST-South távcső észlelte elsőként 2016-ban.

A rákövetkező évben földi és űrtávcsövekkel is tovább vizsgálták a rendszert, köztük az ESO Very Large Telescope (VLT) műszerével, és a NASA Spitzer űrtávcsövével is. Ezek a megfigyelések kimutatták, hogy a rendszer nem kevesebb mint hét bolygónak ad otthont, melyek mindegyike durván a Földhöz hasonló méretű. Ezek a központi csillagtól való növekvő távolságuk sorrendjében a TRAPPIST–1b, c, d, e, f, g és h jelet kapták [1].

A hét bolygó felfedezése óta is végeztek további méréseket a bolygórendszerről, köztük az ESO Paranal Obszervatóriumában már majdnem teljesen elkészült SPECULOOS műszer segítségével, valamint a NASA Spitzer és Kepler űrtávcsöveivel. A svájci Bern egyetemén dolgozó Simon Grimm által vezetett csillagászcsoport bonyolult számítógépes modellek segítségével értelmezte az összes eddigi mérési adatot, ami a sűrűségek minden korábbinál pontosabb meghatározását tette lehetővé [2].

Simon Grimm elmagyarázta, miképp határozták meg a bolygók tömegeit: „A TRAPPIST–1 bolygói olyan közel keringenek egymáshoz, hogy az a pályáikban kimutatható gravitációs zavarokat okoz. Emiatt a csillag korongja előtti áthaladások időpontjai kissé módosulnak. Ezek a zavarok függenek a bolygók tömegétől, távolságuktól, valamint egyéb pályaparamétereiktől. A számítógépes modellünkben addig variáltuk a szimulált rendszer paramétereit, míg el nem jutottunk a valósággal való legjobb egyezésig. Ekkor a modell megadta a bolygók tömegét.”

Eric Agol, aki szintén a kutatócsoport tagja, így világítja meg ennek az eredménynek a jelentőségét: „Az utóbbi időben az exobolygó-kutatás egyik legfontosabb problémájává vált a Földhöz hasonló méretű és hőmérsékletű bolygók összetételének vizsgálata. A TRAPPIST–1 felfedezése, valamint az ESO chilei műszerei és a NASA Spitzer űrtávcsöve együtt ezt lehetővé tették. Így most először nyertünk bepillantást egy Föld-szerű bolygó összetételébe.”

A sűrűségmérések a bolygóösszetételek modelljeivel együtt erősen sugallják azt, hogy a hét TRAPPIST–1 bolygó egyike sem kopár kősivatag. Jelentős mennyiségű illó anyagot – valószínűleg vizet – tartalmaznak [3], ami egyes bolygóknál akár a tömeg öt százalékát is kiteheti – ez hatalmas mennyiség. Összehasonlításképp a Föld tömegének mindössze 0,02%-a víz!

„Bár a sűrűség fontos tényező egy bolygó összetételével kapcsolatban, ám semmit sem mond annak lakhatóságáról. Bár a munkánk fontos előrelépés, a bolygók élet fenntartására való alkalmasságát még tovább kell vizsgálnunk.” – mondja el Brice-Olivier Demory, a berni egyetem munkatársa, szintén a kutatócsoport tagja.

A két legbelső bolygónak, a TRAPPIST–1b-nek és c-nek valószínűleg kőzetmagja van, amit a földinél sokkal sűrűbb légkör ölelhet körül. Ugyanakkor a TRAPPIST–1d a legkönnyebb bolygó a rendszerben, tömege mindössze három tizede a Földének. A csillagászok nem tudnak biztosat megállapítani arról, hogy van-e rajta jelentős légkör, óceán vagy jégpáncél.

A csillagászok meglepetésére egyedül a TRAPPIST–1e bizonyult a Földénél kicsivel nagyobb sűrűségűnek, ami azt mutatja, hogy nehezebb vasmagja lehet, és nem feltétlenül van sűrű légköre, óceánjai, vagy jeges kérge. Különös, hogy ez a bolygó a többinél jóval nagyobb arányban tartalmaz kőzetet. Méret, sűrűség és besugárzás tekintetében ez a bolygó hasonlít leginkább a Földhöz.

A TRAPPIST–1f, g és h olyan távol vannak a csillagtól, hogy a felszínükön a víz jég formájában lehet jelen. Ha van is ritka légkörük, abban szinte bizonyosan nincsenek a földihez hasonló nehéz molekulák, mint például szén-dioxid.

„Érdekes, hogy nem a csillaghoz legközelebbi bolygók a legsűrűbbek, és hogy a hűvösebb bolygók légköre meglehetősen ritka.” – jegyzi meg Caroline Dorn, a zürichi egyetem kutatója, az eredményeket bemutató szakcikk társszerzője.

A TRAPPIST–1 rendszert a jövőben is alaposan fogják majd vizsgálni, mind földi műszerekkel, mind űrtávcsövekkel, köztük az ESO Extremely Large Telescope (ELT) távcsövével, és a NASA/ESA/CSA James Webb űrtávcsövével.

A csillagászok továbbá kitartóan kutatnak újabb bolygók után a TRAPPIST–1-hez hasonló halvány, vörös csillagok környezetében. Ahogyan Michaël Gillon, a kutatócsoport egy másik tagja fogalmaz [4]: „Ez a felfedezés aláhúzza a TRAPPIST–1-hez hasonló közeli ultrahűvös törpecsillagok körüli, Földhöz hasonló, fedési exobolygók keresése iránti igényt. Pontosan ez az ESO chilei Paranal Obszervatóriumában hamarosan elkészülő legújabb exobolygó-kutató műszer, a SPECULOOS célja.”

Jegyzetek
[1] A bolygók felfedezéséhez használt műszerek: az ESO chilei La Silla obszervatóriumában működő földi bázisú TRAPPIST-South távcső; a Marokkóban működő TRAPPIST-North; a NASA Spitzer űrtávcsöve, az ESO HAWK-I műszere a chilei Paranal Obszervatóriumban működő VLT-n; a 3,8 m-es UKIRT távcső a Hawaii-szigeteken; a 2 méteres Liverpool, valamint a 4 m-es Herschel távcsövek a Kanári-szigetekhez tartozó La Palmán; a dél-afrikai 1 méteres SAAO távcső.

[2] Az exobolygók sűrűségmérése nem könnyű feladat. Ehhez a bolygónak mind a méretét, mind a tömegét meg kell mérnünk. A TRAPPIST–1 bolygókat fedési módszerrel fedezték fel, azaz a központi csillag olyan csekély elhalványulásait keresték, amilyeneket a korongja előtt áthaladó bolygó fénykitakarása okoz. Az elhalványulás menete alapján jól megbecsülhető a bolygó átmérője. A tömeg mérése azonban jóval körülményesebb. Ha külső hatás nem befolyásolja a pályát, akkor egy bolygó csillag körüli mozgása gyakorlatilag független a kísérő tömegétől, így tehát a bolygó tömege nem állapítható meg. Ám a több bolygóból álló rendszer tagjai közötti kölcsönhatások már nem függetlenek a tömegektől. Egy nagyobb tömegű bolygó erősebben befolyásolja társainak mozgását. Ez pedig hatással van a bolygóátvonulások pontos idejére. A Simon Grimm által vezetett kutatócsoport kifinomult módszerek segítségével ezeket a bonyolult, ugyanakkor csekély hatásokat vizsgálva állapította meg a hét bolygó legvalószínűbb tömegét számos átvonulás precízen kimért időpontja alapján.

[3] A modellezés során több lehetséges illóanyagot, köztük a szén-dioxidot is figyelembe vették. Ám a legvalószínűbbnek az tűnik, hogy a bolygókon víz van, gőz, folyadék, vagy szilárd halmazállapotban, hiszen ez a leggyakoribb illó anyag a legtöbb a Naphoz hasonló összetételű csillag protoplanetáris korongjában.

[4] A SPECULOOS égboltfelmérő műszer már majdnem teljesen elkészült az ESO Paranal Obszervatóriumában.

Forrás: csillagaszat.hu / eso.org