2016.05.03. - Gravitációs mikrolencsézéssel is keresi a Kepler a bolygókat

Miután az irányítók újra kontrollálják a működését, a legsikeresebb exobolygó-kutató eszköz, a Kepler-űrtávcső a gravitációs mikrolencsézést felhasználva is keresni fogja a Naprendszeren kívüli planétákat.

Amikor a NASA tíz nappal ezelőtt bejelentette, hogy újra kontrollálni tudja a Kepler-űrtávcső működését, egy maroknyi csillagásznak egészen biztosan nagy kő esett le a szívéről. Az űrteleszkóp ugyanis éppen azelőtt kapcsolt "vészhelyzeti" üzemmódba, hogy megkezdték volna 80 napos észlelési programjukat, amelynek során a legsikeresebb exobolygó-vadásszal a Kepler esetében még nem próbált módszerrel, a gravitációs mikrolencsézéssel kutattak volna a Naprendszeren kívüli bolygók után. Némi csúszással ugyan, de az irányítás visszanyerésével a projekt - amelyhez Calen Henderson (NASA JPL) szerint a résztvevők nagy reményeket fűznek - ismét sínen van.

A gravitációs mikrolencsézésen alapuló keresési eljárás a detektált exobolygók számát tekintve egészen biztosan nem fogja felülmúlni a bolygótranzitok okozta fénycsökkenésen és a csillagok radiális sebességének változásán alapuló detektálási módszerek sikerességét. Míg azonban az utóbbi eljárások leginkább a csillagukhoz közel keringő bolygókra érzékenyek, a mikrolencsézés segítségével a távoli pályákon keringő planéták is észlelhetők, amelyeket más módszerekkel nem lehetne kimutatni. Ez pedig hozzájárulhat ahhoz, hogy a kutatók pontosabban számba vegyék a különböző típusú exobolygókat, a projekt egyik résztvevője, Martin Dominik (University of St. Andrews, UK) szóhasználatával jobban megértsék az exobolygó-demográfiát.

A gravitációs lencsék Einstein általános relativitáselméletének következményei. Mivel a görbült téridő elhajlítja a fénysugarakat, Einstein azt jósolta, hogy a nagy tömegű objektumok úgy viselkednek, mint egy lencse: a Földről nézve fókuszálják a távolabbi objektumok fényét, felerősítik azt, és leképezik az objektumot. Számos olyan példát ismerünk, amikor a "lencse" nagyon nagy tömegű galaxis vagy galaxishalmaz, amelyek sokkal távolabbi kvazárokról kettős vagy többszörös képet hoznak létre, megfelelő geometriai elrendeződés esetén pedig ún. Einstein-gyűrűvé képezik le azokat.

A lencsézés azonban kisebb léptékben is működik: egyedi csillagok, de még bolygók is le tudják képezni azokat a távolabbi csillagokat, amelyek előtt a Földről nézve "elhaladnak". A csillag gravitációs lencsézésének hatására a háttércsillag fényessége néhány hétig kicsit megnő, majd újra lecsökken az eredeti értékére. Az 1980-as években a csillagászok halvány objektumok, például barna törpék keresésére kezdték használni a módszert, a múlt század utolsó évtizedének elején pedig már exobolygók detektálására is alkalmazták.

Az 1990-es évek óta működő, erre a célra dedikált két földi távcsőrendszer évente több ezer mikrolencsézést detektál, amelyeket aztán más együttműködő obszervatóriumok és jól felszerelt, lelkes amatőrök vizsgálnak tovább. Andrzej Udalski (University of Warsaw), az OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) vezetője szerint csillagok millióit kell havonta észlelni egyetlen esemény megfigyeléséhez. Legtöbbször a lencséző objektum csillag, az esetek 1%-ában azonban az észlelt fénygörbe összetettebb, egy helyett dupla csúcsa van, jelezve, hogy kettős lencsézésről van szó: a csillag és a körülötte keringő bolygó gravitációs tere is hatott a háttércsillag fényére.

A Kepler-űrtávcső több ezer exobolygót fedezett fel a fényességcsökkenés alapján, amelyet a csillaguk előtt elhaladva okoznak. Most egy másik, földi távcsövekkel már alkalmazott módszert is bevetnek: azt az átmeneti növekedést próbálják detektálni, amelyet egy csillag és a körülötte keringő bolygó gravitációslencse-hatása okoz egy távolabbi, időlegesen "elfedett" csillag fényében.
[Science]

A mikrolencse-hatás alapján a kutatók eddig 60-nál kevesebb exobolygót fedeztek fel, azt remélik azonban, hogy a Kepler bevetésével ez a szám növekedni fog, a nagyobb mintából pedig pontosabb ismereteket szerezhetünk a bolygók tulajdonságairól. A Keplert arra tervezték, hogy a közeli csillagoknál keresse a bolygóik tranzitja által okozott rövid fényesség-csökkenéseket, így kiválóan alkalmas a jóval távolabbi csillagok átmeneti fényesség-növekedésének detektálására is. Két giroszkópjának 2013-as meghibásodása miatt az űrtávcső eredeti programját már nem tudja folytatni, csak az égbolt egy szűk tartományában tud elfogadható pontossággal a célpontokon maradni. Ebben az évben április elejétől július elejéig a látómezejébe beleesik a galaktikus dudor is, amely nagy csillagsűrűsége miatt kecsegtető terület a mikrolencsézési események detektálására.

A kampány során a Kepler megfigyeléseit földi távcsövek észleléseivel kombinálják. Mivel a Kepler a Földtől 120 millió kilométerre van, a nagyon távoli csillagok hátteréhez viszonyítva a földi teleszkópokhoz képest kicsit eltérő irányban látja ugyanazt az eseményt. A parallaktikus eltolódásból egyszerű geometriai háromszögeléssel ki lehet számítani a lencséző objektum távolságát, a földi és a Kepler-fénygörbék eltérésén alapuló bonyolultabb számításokból pedig a tömegét is. A tapasztalt mikrolencse-vadász, Andy Gould (Ohio State University, Columbus) szerint csak az űrbéli és a földi megfigyelések együttesével lehet meghatározni, hogy a lencsék többsége hol helyezkedik el és mekkora a tömegük. Ehhez a NASA a lehető legtöbb földi teleszkópot is igyekszik biztosítani. Henderson szerint hat kontinens 30 harminc különböző távcsöve vesz részt a projektben, amelytől a kutatók az első lépések megtételét remélik az exobolygó-rendszerek külső tartományainak feltérképezésében.

A Kepler olyan bolygók után is kutat a kampányban, amelyek nem csillag körül keringenek, hanem "szabadon" róják útjukat az űr végtelenjében. Jelenleg néhányat ismerünk csupán ezekből a rejtélyes objektumokból, a legújabb vizsgálatok szerint azonban számuk akár kétszerese is lehet a csillagokénak. Gould úgy véli, a detektálásuk és jellemzésük "hatalmas áttörés" lenne. Steve Howell (NASA Ames Research Center at Moffett Federal Airfield, California), a Kepler egyik vezető kutatója szerint a kampány során körülbelül 100 mikrolencse-eseményt várnak, ennek mintegy fele köthető majd szabadon kószáló bolygókhoz. A maradék többségét csillagok fogják okozni, és ennek egy töredéke lesz csak exobolygókra utaló jel. Maguk a kutatók is inkább egyfajta főpróbának tekinthetik ezt a kampányt - erre utal Howell megjegyzése is, miszerint "azt fogadjuk el, amit kapunk" -, a jelentősebb eredményeket majd a tervek szerint a következő évtizedben felbocsátandó Wide-Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) űrteleszkóptól várják, amelynek tervezett programjában a mikrolencsés vizsgálatok meghatározó szerepet játszanak. Udalski szerint a WFIRST minden bizonnyal forradalmi mértékű változásokat hoz ezen a területen. A mikrolencsések abban is bíznak, hogy a Kepler-kampány által generált figyelem a fősodorba szippanthatja őket. Dominik szerint ez végső soron csak távcsőméret és pénz kérdése: egy 4 méteres, a legújabb CCD-mozaikkal felszerelt teleszkóp simán elláthatná őket munkával egészen a WFIRST megérkezéséig.

A cikk a Science magazinban jelent meg.

Forrás:

• Science 352 (6285), 504-505. [doi: 10.1126/science.352.6285.504]