Kőzetbolygó a TRAPPIST-1 hóhatárán túl

A Kepler-űrtávcső mérései alapján sikerült a TRAPPIST-1 rendszer hetedik bolygójának távolságát is meghatározni, amely a leghidegebb földméretű exobolygó lett, amit ismerünk.

A TRAPPIST-1 bolygórendszer az utóbbi egy év egyik legérdekesebb felfedezése volt. Az aprócska, halvány vörös törpecsillag körül egy belga exobolygó-kereső távcső először három kisméretű bolygót azonosított még 2016-ban. A Spitzer-űrtávcső és más földi műszerek aztán ezt a számot hétre növelték, és ezzel a TRAPPIST-1 a legtöbb Földhöz hasonló méretű bolygót tartalmazó rendszerré lépett elő. A hétből hat bolygónak a keringési periódusát is sikerült meghatározni, a hetedik, h jelű bolygót viszont csak egyszer látták áthaladni a csillag előtt. Emiatt arról nagyon keveset lehetett tudni.

Eközben azonban a NASA egy másik űrtávcsöve, a Kepler is szorgalmasan gyűjtötte az adatokat a TRAPPIST-1-ről a K2 küldetés során. A Spitzer 20 nap hosszú adataival ellentétben a Kepler közel 80 napig észlelte a csillagot, így a hetedik és esetleges még távolabbi bolygók azonosítására is képesnek tűnt.

A csillagászok türelmetlenül várták az adatokat, ezért a NASA Ames kutatói gyakorlatilag azonnal, az űrtávcsőről való adatletöltést követően egyből közzétették a nyers adatokat, teljesen szabadon elérhetően. Ezekből a szokásos kalibrálási eljárások, mint a sötétáramra vagy a kiolvasás közbeni csíkhúzásra való korrekciók hiányoztak, de elég jók voltak az első vizsgálatokhoz.

A kutatók által főként twitteren, illetve iPython notebookok formájában megosztott első ábrák és eredmények után, az első valódi kézirat öt nappal az adatok közzététele után tűnt fel az arXiv gyűjteményében. A cikket népes szerzőgárda jegyzi Rodrigo Luger, a University of Washington (Seattle, USA) kutatójának vezetésével. A kutatók a saját, EVEREST névre hallgató szoftverjüket alkalmazták a Kepler-adatok feldolgozására. Előzetes számításaik szerint, ha a hetedik bolygó is rezonanciában van a többiekkel, a keringési ideje 18,77 nap körül kell, hogy legyen: ugyanez az érték kell ahhoz is, hogy a Spitzer által észlelt egyetlen fedést leszámítva, mindig a korábbi mérések szüneteibe essenek a h bolygó tranzitjai.

Ezek után nem volt túl meglepő, hogy a Kepler három fedést detektált a rendszernél, 18,766 napos távolságokban. A bolygó ez alapján elég messze van a csillagtól ahhoz, hogy a lakhatósági zónán kívül a hóhatáron túl keringjen. Az egyensúlyi hőmérséklet a felszínen mindössze 169 K, vagyis -104 ºC: a földihez hasonló, nitrogént, szén-dioxidot és vízgőzt tartalmazó légkör már nem tudja felmelegíteni annyira, hogy folyékony víz lehessen a felszínén. Folyékony víz csak vastag hidrogén légkör, vagy az Europa holdéhoz hasonló, több km-es jégréteg alatt létezhet rajta. Ezzel a TRAPPIST-1h a leghidegebb kőzetbolygó, amit eddig felfedeztünk, és az egyetlen, potenciálisan fagyott példány.

A rendszer további érdekessége, hogy mind a hét bolygó hármas rezonanciákban kering egymással, vagyis három-három bolygó keringési idejeinek aránya kis egész számokkal jellemezhető. Ilyen, ún. Laplace-rezonancia a Naprendszerben is előfordul, például a Jupiter nagy holdjai közül az Io, Europa és Ganymedes keringenek 4:2:1 rezonanciában.

A rezonanciák léte a bolygókeletkezés menetéről is hordoz számunkra információkat. Az egyik forgatókönyv a csillaghoz közeli kőzetbolygók létrejöttére, hogy a Marstól a Földig terjedő mérettartományú bolygócsírák távolabb keletkeznek a csillagtól, majd a csillag körüli porkoronggal kölcsönhatva, befelé vándorolnak. A korong belső szélét elérve aztán felgyűlnek, mivel beljebb nem juthatnak, és rezonáns sorozatba rendeződnek. A bolygósorozat nagyon sok esetben végül instabillá válik, és a végső nagy ütközések és becsapódások időszakában felbomlik. De néhány esetben, mint a TRAPPIST-1-nél is, megőrződik ez a kezdeti konfiguráció, és hosszú távon is fennmaradt.

A TRAPPIST-1 rövid időn belül a kőzetbolygók és a vörös törpék körüli bolygórendszerek állatorvosi lovává lépett elő. Néhány év múlva pedig, a Hubble és a James Webb űrtávcsövek megfigyelései segítségével, talán már a légköreik összetételéről is megtudhatunk valamit.

Az eredményeket bemutató szakcikk a Nature Astronomy folyóiratnál van elbírálás alatt.