2016.07.05. - Fényes csillag körül talált öt bolygót a Kepler

A Kepler-űrtávcső adatai alapján már több ezer exobolygót detektáltak, ezek többsége azonban halvány csillagok körül kering. Most egy 8,9 magnitúdójú, viszonylag fényes körül is azonosítottak planétákat, mindjárt ötöt is.

A Kepler-űrtávcső 2009 és 2013 közötti elsődleges küldetése során Naprendszeren kívüli bolygók ezreit detektálta, olyan bolygórendszereket is, amelyekben hét planéta kering a csillag körül. A Kepler által megfigyelt, bolygóval rendelkező csillagok többsége azonban viszonylag halvány. A Kepler-küldetés eredeti formájában egy mechanikai probléma miatt 2013-ban befejeződött, de az űreszköz - kisebb pontossággal ugyan - tovább folytatja a méréseket a K2 misszió keretében. Mivel az űrtávcső jelenleg egy-egy területet csak mintegy 80 napig észlel, a komplex bolygórendszerekre kevésbé érzékeny, mint az "elődje" - az eddig ismert legnagyobb létszámú tranzitos K2-rendszer csak három planétából áll -, az új üzemmódban lehetőség nyílt fényesebb csillagok fényváltozásának bolygók kimutatását célzó monitorozására is.

Andrew Vanderburg (Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics) és munkatársai a K2 2015. április 27. és 2015. július 10. között rögzített adatai alapján egy, a látható tartományban 8,9 magnitúdó fényességű csillag körül mutattak ki bolygókat, mindjárt ötöt is. A körülbelül 100-110 fényévre lévő HIP 41378 (EPIC 211311380) jelű objektum késői F színképtípusú, enyhén fémszegény csillag az ennek megfelelő közepes, körülbelül 7 km/s forgási sebességgel, és jelenleg a legfényesebb, amely körül a Kepler-adatok alapján - mindkét küldetést tekintve - bolygót azonosítottak.

A HIP 41378 nyers (kék, fent) és a szisztematikus eltérésekre korrigált (narancssárga, lent) K2-fénygörbéje. A legjobban illeszkedő tranzit-modell görbéjét a fekete vonal mutatja a korrigált fénygörbén. A fénygörbét a hosszú periódusú változási trendre elvégzett szimultán illesztés levonásával "egyenesítették". A három legmélyebb tranzit mindegyike egyedi esemény, egymással biztosan nem hozhatók kapcsolatba sem a mélységük, sem az időtartamuk alapján. A szisztematikusokra történt korrigálás a pontosságot hat órás időtartamra vetítve 10 ppm-es szintre javította, amely már az eredeti Kepler-misszió legjobb fénygörbéinek pontosságával vetekszik.
[Vanderburg és mtsai, 2016]

A megfigyelési adatok elemzésének eredménye az, hogy a HIP 41378 rendszerében biztosan kering két, a Neptunusznál kisebb bolygó, az egyik 15,6 nap, a másik pedig 31,7 nap periódussal. A két keringési idő aránya mindössze 3,6%-kal tér el a 2:1 arányú középmozgás-rezonanciától. A számítások szerint a két bolygó sugara 2,9 és 2,6 földsugár. A kutatók észlelték még további három bolygó nyomát is, de a K2 75 napos észlelési ciklusa alatt ezek esetében csak egy tranzit volt megfigyelhető. A három közül az egyik a Neptunuszhoz hasonló méretű lehet mintegy 160 napos valószínű keringési periódussal, a másik a Szaturnusznál kisebb, nagyjából 130 napos keringési idővel, míg a harmadik mérete már a Jupiter kategóriájába eshet, keringési periódusa pedig majdnem 1 év. Ezek sugara rendre 4, 5,5 és 10 földsugár.

A fázis szerint feltekert fénygörbe a HIP 41378 mind az öt bolygójára. A K2 hosszú mintavételezésű egyedi adatpontjait szürke körök jelzik, a legjobban illeszkedő tranzit-modellt pedig lila vonal. A vízszintes tengelyeken az (időegység)/(ábrázolási egység) skála ugyanaz. Az egyértelműség okán mindegyik panelen az adatokból levonták a többi négy bolygó legjobban illeszkedő modelljét.
[Vanderburg és mtsai, 2016]

A bolygók nagy száma miatt Vanderburg és kollégái numerikus szimulációkkal a rendszer stabilitását is vizsgálták. A két belső bolygó mozgását 100 ezer évre integrálták 10 ezer futtatás során, ezek közül azonban egyszer sem állt elő a 2:1 középmozgás-rezonancia, így azt a következtetést vonták le, hogy a bolygók pályaperiódusai csak közel vannak ehhez az arányhoz, de nem valósítják meg azt. Ez egyébként elég gyakori a sokbolygós Kepler-rendszerekben. A többi három planéta esetében, amelyeknél csak egy tranzitot sikerült észlelni, szintén végeztek hasonló dinamikai vizsgálatokat.

A bolygók paramétereinek pontosításához további észlelések szükségesek. A becslések szerint a 'b', 'c' és 'd' jelű bolygó 2-4 m/s amplitúdót okoz a HIP 41378 radiális sebességében, azaz a mai - nem is feltétlenül legpontosabb - műszerekkel is kimutatható. Az 'e' és 'f' jelű bolygó már 5, illetve 25 m/s radiálissebesség-amplitúdót okoz, utóbbi pedig ma már egészen könnyen detektálható.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal Letters c. folyóiratban fog megjelenni.

Forrás:

• arXiv:1606.08441 [astro-ph.EP]