Az Európai Űrkutatási Ügynökség (European Space Agency, ESA) CHEOPS nevű új exobolygó-kutató küldetése egy közeli csillag körül megtalálta az eddig ismertek közül az egyik legforróbb és legextrémebb exobolygót: a WASP-189b-t. Ez a CHEOPS legeslegelső felfedezése és a legelső tudományos eredménye, egyben demonstrálja a CHEOPS egyedülálló képességeit, amivel fényt deríthet ezeknek az idegen bolygóvilágoknak a titkaira (1.ábra). A felfedezést közzétevő tanulmányt közlésre az Astronomy and Astrophysics című vezető európai csillagászati szakfolyóirat fogadta el, szerzői között több magyar csillagász is található. A tanulmány 106 szerzője közül a Vega Csillagászati Egyesület elnöke, Dr. Csizmadia Szilárd a második, aki a bolygó paramétereinek (pl. mérete) és különleges pályájának a CHEOPS-adatokból való meghatározásán dolgozott.
2019 decemberében indult útnak a CHEOPS űrtávcső (Characterising Exoplanet Satellite, nem szó szerinti fordításban: Exobolygó-mérő Műhold). Arra tervezték, hogy a közeli, bolygóval bíró csillagok fényváltozásait tanulmányozza. Főtükrének átmérője 33 cm. Ahogy a bolygók körbejárják a csillagaikat, kitakarhatják néha a csillagaik fényét (ez a tranzit, vagyis átvonulás a csillag előtt), elbújhatnak pár órára a csillagaik mögött (ez az okkultáció, vagyis a csillag mögötti elrejtőzés), és a csillag fényét irányunkba vissza is verhetik (ez a tükröződés, akárcsak a Vénusz fázisai, 2. ábra). A CHEOPS rendkívül nagy pontosságú fényességmérései nagy pontossággal képesek ezeknek a bolygóknak a tulajdonságait meghatározni az átvonulásokból, elrejtőzésekből és a csillagfény tükrözéséből. Ezek a pontos bolygóparaméterek pedig végső soron segítenek megérteni, hogyan alakulnak ki és hogyan fejlődnek, változnak a bolygók az évmilliárdok során.
A CHEOPS első felfedezése az úgynevezett „ultraforró Jupitereket” érinti, azok közül is a WASP-189b nevű exobolygót. A forró Jupiterek, mint nevük is mutatja, a mi naprendszerünk-beli Jupiterhez hasonló méretűek és tömegűek, de sokkal közelebb keringenek a csillagukhoz. A mi Jupiterünk majdnem 12 év alatt járja körbe a Napot: a forró Jupiterek csak néhány nap alatt. A csillagközelség miatt sok hőt kapnak a csillaguktól, és felületük akár 1-2 ezer fokra is felhevül. Az ultraforró Jupiterek hőmérséklete magasabb, 3000-4500 fok is lehet, mert még közelebb vannak a csillagukhoz vagy – mint a WASP-189b is – eleve a szokottnál is forróbb csillag körül keringenek.
A WASP-189b kb. hússzor közelebb van a központi csillagához, mint a Föld a Naphoz. Emiatt a keringésideje is sokkal rövidebb a Földénél: a WASP-189b mindössze 2,7 nap alatt járja körbe csillagát. Az ő csillaga kékesen világít, mert több, mint 2000 fokkal forróbb a felszínén, mint a mi Napunk.
Monika Lendl csillagásznő, a tanulmány első szerzője és a kutatócsoport vezetője a Svájcban lévő Genfi Egyetem kutatója. Erről a bolygóról ezt mondta el: „Mindössze maroknyi olyan bolygó létezéséről tudunk, amelyek ennyire forró csillag körül keringenek. A WASP-189b a legfényesebb ilyen csillag körül kering, a csillag 6,6 magnitúdós. A WASP-189b egyben a legfényesebb forró Jupiter, amit láthatunk elvonulni a csillaga előtt, de láthatjuk a csillaga mögé rejtőzni is. Ezek a tulajdonságai rendkívül érdekes bolygórendszerré teszik.”
Monika Lendl és munkatársai először a WASP-189b okkultációit (csillag mögötti elrejtőzéseit) vizsgálták még idén tavasszal a Cheops-űrtávcsővel. „Mivel a bolygó nagyon fényes, igen könnyű észrevenni a Cheops-szal, hogy okkultációkor a csillag fénye mellől hiányzik a bolygó fénye. Ilyenkor pár órán keresztül azt látjuk a távcsővel, hogy a csillag és a bolygó együttes rendszerének összfényessége lecsökken, ahogy a bolygó eltűnik lassan a csillag mögött, majd újra megjelenik.” – magyarázta Monika. „Ezt használtuk fel a bolygó fényességének meghatározásához, amiből végül pedig arra következtettünk, hogy a bolygó szinte perzselődik a csillaga alatt, mert a felületén, a nappali oldalon a hőmérséklet 3200 °C.”
Ez a hőmérsékletérték a WASP-189b-t az egyik legforróbb és legextrémebb exobolygóvá teszi. Egyáltalán nem hasonlít a Naprendszerben ismert egyik bolygóra sem. Ilyen magas hőmérsékleten még a vas is, és a többi fém is megolvad és gázzá alakul. Egyértelmű, hogy az ilyen bolygó nem lakható.
Ezután a CHEOPS-szal a WASP-189b tranzitjait vizsgálták meg: a jelenséget, amikor a bolygó átvonul a csillag előtt. Az átvonulásokból (tranzitokból) egyebek mellett a bolygó méretére, alakjára és pályájára is lehet következtetni. A WASP-189b tranzitjaiból pl. kiderült, hogy a bolygó mérete a Jupiterének, a Naprendszer legnagyobb méretű bolygójának majdnem 1,6-szorosa (3-4. ábrák).
„Azt is tapasztaltuk, hogy a csillag önmagában is érdekes: nem teljesen kerek, hanem nagyobb és hűvösebb az egyenlítőjénél, mint a pólusainál, viszont a pólusainál kisebb és fényesebb – a csillag erősen lapult a sarkvidékein” – fejtegette Monika. „Olyan gyorsan forog, hogy a csillag kitágul az egyenlítőjénél! A bolygó a csillag pólusvidékei felett halad el, nem pedig az egyenlítője mentén.” A mi Naprendszerünkben lényegében mindegyik bolygó a Nap egyenlítőjéhez közeli síkban halad el, a pólusai felett egyik sem (5-6. ábrák).
A csillagegyenlítőkhöz ilyen nagy szögben megdőlt pályák (6. ábra) tovább mélyítik a forró Jupiterek kialakulásának rejtélyét. Ezek a Jupiter-méretű bolygók a csillaguktól távolabb alakulnak ki, ahol a csillag forrósága és csillagszele nem fújja már kijjebb a gázanyagot. (Ezért nincsen pl. a Földnek hatalmas hidrogénburka, mert közel lévén a Naphoz keletkezése idején, már nem volt elég hidrogén itt a környezetünkben, amit befoghatott volna. Ezt ugyanis a fiatal Nap sugárzása kijjebb nyomta.) A külsőbb pályán keringő Jupiterek valamilyen módon beljebb jutottak, 20-30-szor közelebb a csillagukhoz, mint ahol eredetileg kialakultak. De hogyan? Lehet, hogy a csillag körüli, korong alakú felhőben lefékeződtek és belsőbb pályára kerültek (de ekkor továbbra is a csillag egyenlítőjéhez közel kellett volna maradnia pályasíkjuknak), vagy egy másik közeli csillag, esetleg barna törpe megzavarta pályájukat, és ennyire eltávolította őket a csillag egyenlítői síkjától. Utóbbi esetben könnyen a távolból is a csillag közelébe kerülhetnek a távoli Jupiterek, és akár a csillag egyenlítői síkjára közel merőleges pályára is állhatnak. „A CHEOPS-szal sikerült megmérnünk a WASP-189b pályadőlésének valódi szögét, és ezt közel merőlegesnek találtuk a csillag egyenlítői síkjára, ez arra utal, hogy ez a forró Jupiter korábban valami ilyesmin ment keresztül.” – gondolkodott el az eseten Monika Lendl.
A CHEOPS 2019 decemberében állt pályára, 2020 januárjában „nyitotta ki szemeit” és az észlelési rutinfeladatokat áprilisban kezdte el. Azóta már több hónapnyi észlelést gyűjtött össze különböző bolygórendszerekről, és az első eredmények után nemsokára jön a többi is.
Kate Isaak, az ESA Cheopsért felelős projektkutatója nagyon örült, hogy az első eredmények igazolják a befektetett munkát: „A Cheops első eredményei nemcsak nagyon izgalmasak, de határozottan mutatják, hogy az előzetesen elvárt pontossági követelményeket a Cheops teljesíti.”
Az utóbbi mintegy negyed évszázadban több ezer exobolygót fedeztek fel a földfelszíni csillagvizsgálókból és az űrben keringő speciális obszervatóriumokból, és folyamatosan történnek a felfedezések ma is. De egyetlenegy felfedezett rendszer sem teljesen ugyanolyan, mint a mi Naprendszerünk. Az eddig felfedezettek közül még a Naprendszerre legjobban hasonlító Kepler-90 (másik nevén KOI-351) is csak részben emlékeztet a mi bolygórendszerünkre.
„A CHEOPS egyedülálló, speciális szerepet tölt be az exobolygók tanulmányozásában” – folytatta Kate Isaak. „Egyfelől azoknak a bolygóknak a tranzitjait keresi, amelyeket a Földről már megtaláltak, pl. radiális sebességgörbe módszerrel, de tranzitjukat még nem látták. Amelyek tranzitjai pedig már ismertek, ott a CHEOPS igyekszik pontosabb bolygóméretet meghatározni a korábbiaknál. A bolygópályák és a bolygók által visszavert fény tanulmányozásával pedig az első lépéseket teheti meg a CHEOPS például a bolygólégkörökben lévő felhők és légköri tulajdonságok feltérképezése felé.”
A következő években a CHEOPS több száz, már ismert exobolygót fog megfigyelni, amik fényes csillagok körül keringenek. Ezzel kiterjeszti az olyan vizsgálatok lehetőségét további célpontokra is, amit például most a WASP-189b esetében végzett el. A CHEOPS az első az ESA három tervezett űrmissziója közül, amik a következő egy-két évtizedben az exobolygók felfedezésére és tulajdonságaik jobb megismerésére irányulnak (7. ábra). A másik kettő a 2026 után induló PLATO, amellyel hosszú keringésidejű, kisméretű exobolygókat szeretnének a kutatók találni; a másik a még később induló ARIEL, amellyel az akkor ismert exobolygó-légköröket szeretnék megvizsgálni színképelemzéssel, nem utolsósorban persze életnyomokat is keresve. A CHEOPS igen alkalmas arra, hogy az ARIEL számára azonosítson olyan célpontokat, amelyek légkörrel bíró exobolygók lehetnek, így a későbbi vizsgálatok nélkülözhetetlen előfutárát látjuk ebben az űrtávcsőben.
„A CHEOPS nem egyszerűen segít elmélyíteni az exobolygókról alkotott ismereteinket” – mondta Kate Isaak -, „hanem segít jobban elhelyezni a mi Földünket és a Naprendszerünket is majd a bolygóvilágok között.” Ezzel arra utalt, hogy a sok-sok bolygó és bolygórendszer között talán egyszer megérthetjük, miért van olyan kevés, ami naprendszerszerű.
A tudományos szakközlemény elérhetősége
A „The hot dayside of WASP-189b and its gravity-darkened host star seen by CHEOPS” (magyarul: A WASP-189b forró nappali oldala és gravitációsan elsötétedett központi csillaga, ahogy a CHEOPS látta) című szakcikk, amelynek szerzői Monika Lendl, Csizmadia Szilárd, Andrea Delin és 103 másik csillagász (közte három, Magyarországon vagy külföldön dolgozó további magyar csillagásszal, valamint a svájci Didier Queloz Nobel-díjas asztrofizikussal) az Astronomy and Astrophysics c. neves csillagászati szaklapban került közlés céljából elfogadásra. A cikk ingyenesen letölthető innét: https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/forth/aa38677-20.pdf
Néhány információ a CHEOPS hátteréről
Az ESA volt felelős az űrtávcső előkészítéséért, indításáért, a korai működtetésért, és a pályára állításért. Továbbá az ESA felelős az ún. vendégészlelői programért (Guest Observers’ Programme), amin keresztül világszerte pályázhatnak a kutatók távcsőidőért a CHEOPS-on. A CHEOPS-konzorcium tizenegy ESA-tagországból és egy együttműködő országból áll. A résztvevő tagországok: Ausztria, Belgium, Franciaország, Németország, Magyarország (Csillagászati és Földtudományi Intézet, ELTE Gothard Asztrofizikai Obszervatórium, Admatis Kft), Olaszország, Portugália, Spanyolország, Svédország és az Egyesült Királyság. A konzorcium együttműködő, egyben vezető országa Svájc, amely a küldetés legfontosabb elemeit biztosította. A konzorciumot is egy svájci egyetem, a Berni Egyetem vezeti. Az űrtávcső tervezését és kivitelezését az Airbus Védelmi és Űrtechnikai cég végezte Madridban (Spanyolország).
További információkért, kérjük, látogassa meg az alábbi oldalt: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Cheops