A NASA TESS-űrtávcsövének adatait vizsgálva egy nemzetközi kutatócsoport felfedezte, hogy három forró, a Földnél nagyobb bolygó kering a TOI-451 jelzésű csillag körül, amely a fiatal Napra hasonlít. A rendszer a nemrég felfedezett Pisces–Eridanus csillagáram tagja, amelynek kora a Naprendszer korának csupán 3%-a, és az égbolt harmadán nyúlik végig.
A bolygókat a TESS-űrtávcső 2018 októbere és decembere között készült felvételein fedezték fel. A rendszert 2019-ben és 2020-ban a Spitzer-űrtávcsővel és több földi teleszkóppal is megfigyelték. A NEOWISE – korábbi nevén WISE – infravörös űrtávcső 2009 és 2011 közötti adatai arra utalnak, hogy a rendszernek egy hűvös, por- és sziklatörmelékből álló korongja van. Más megfigyelések azt mutatják, hogy a TOI-451 jelű csillagnak lehet két távoli csillagtársa is, amelyek messze a bolygókon túl keringenek egymás körül.
„Ez a rendszer sok kérdésre választ ad.” – mondta Elisabeth Newton (Dartmouth College), a kutatás vezetője. „Csupán 120 millió éves, és csak 400 fényévre van tőlünk, ami részletes megfigyeléseket tesz lehetővé a fiatal rendszerrel kapcsolatban. Mivel három olyan bolygóról van szó, amelyek mérete a Földének legalább két-, de legfeljebb négyszerese, kiváló célpontok lehetnek a bolygólégkörök fejlődésével kapcsolatos elméletek vizsgálatára.”
A kutatás eredményeit közlő tanulmány január 14-én jelent meg a The Astronomical Journal című lapban.
Csillagáramok akkor alakulnak ki, amikor a Tejútrendszer tömegvonzása csillaghalmazokat és törpegalaxisokat tép szét. Az egyes csillagok a halmaz eredeti pályája mentén mozogva hosszúkás csoportot alkotnak, és fokozatosan eltávolodnak egymástól.
Egy kutatócsoport, amelyet Stefan Meingast (University of Vienna) vezetett, 2019-ben az Európai Űrügynökség Gaia űrtávcsövével fedezte fel a Pisces–Eridanus csillagáramot. Arról a két csillagképről nevezték el, amelyekben a csillagok legnagyobb koncentrációja található. A 14 csillagképet átszelő csillagáram nagyjából 1300 fényév hosszúságú. Eredetileg azonban sokkal idősebbnek gondolták, mint most.
2019-ben egy New York-i kutatócsoport Jason Curtis (Columbia University) vezetésével elemezte az adatokat, amelyeket a TESS-űrtávcsővel rögzítettek a csillagáram több tucat tagjáról. A fiatalabb csillagok gyorsabban forognak, mint idősebb társaik, és gyakran vannak rajtuk feltűnő foltok: olyan sötétebb, hűvösebb területek, mint a napfoltok. Ezek a foltok a csillag forgásával hol megjelennek, hol eltűnnek a szemünk elől, ezért apró változásokat idéznek elő a csillag fényességében, amelyeket a TESS képes észlelni.
A TESS mérései igazolták, hogy a csillagáram csillagai gyorsan forognak. Az eredményekre alapozva Curtis és munkatársai megállapították, hogy a csillagáram csupán 120 millió éves – hasonlóan a híres halmazhoz, a Plejádokhoz, és nyolcadannyi idős, mint korábban becsülték. A Pisces–Eridanus csillagáram tömege, kora és közelsége miatt remek laboratóriumként szolgál a csillagok és bolygók kialakulásának, illetve fejlődésének vizsgálatához.
„A TESS közel teljes égboltot lefedő méréseinek hála már akkor a rendelkezésünkre álltak a csillagáram tagjai körül keringő bolygók kutatásához szükséges adatok, amikor a csillagáramot azonosították.” – mondta Jessie Christiansen (NASA Exoplanet Archive), a tanulmány társszerzője. „A TESS adatai továbbra is lehetővé teszik, hogy a következő években még többet tudjunk meg az exobolygókról és azok rendszereiről.”
A TOI-451 jelű fiatal csillag nagyjából 400 fényévre van tőlünk, és az Eridanus csillagképben látszik. Tömege a Napénak 95%-a, de 12%-al kisebb annál, valamint hűvösebb is, és 35%-al kevesebb energiát bocsát ki. Csupán 5,1 nap a forgási periódusa, vagyis ötször gyorsabban forog, mint a Nap.
A TESS-űrtávcső tranzitmódszerrel keresi az új bolygókat: azokat az apró fényességcsökkenéseket figyeli, amelyeket a Földről nézve a csillaguk előtt elhaladó bolygók okoznak. A TESS adataiban mindhárom bolygó tranzitja egyértelmű. A kutatók a Spitzer-űrtávcsővel erősítették meg a TESS méréseit, és további eredményeket szolgáltatott a kaliforniai Las Cumbres Obszervatórium, valamint az ausztráliai Perth mellett lévő exobolygó-kereső távcső is.
Még a TOI-451 legtávolabbi bolygója is háromszor közelebb van a csillaghoz, mint a Merkúr a Naphoz, így mindhárom bolygó forró, és jelenlegi tudásunk szerint lakhatatlan. A becslések szerint a legbelső bolygó hőmérséklete 1200 Celsius-fok, a legkülsőé pedig 450 Celsius-fok.
A TOI-451b jelű bolygó keringési ideje 1,9 nap. 1,9-szer nagyobb, mint a Föld, becsült tömege pedig 2 és 12 földtömeg közé esik. Az eggyel távolabb lévő bolygó, a TOI-451c keringési ideje 9,2 nap, nagyjából háromszor nagyobb a Földnél, becsült tömege pedig 3 és 16 földtömeg közötti. A csillagtól legtávolabbi és legnagyobb planéta, a TOI-451d keringési ideje 16 nap, négyszer nagyobb a Földnél, becsült tömege 4 és 19 földtömeg közé esik.
A csillagászok szerint az ilyen nagy bolygók a csillaguk közelsége miatti magas hőmérséklet ellenére is képesek lehetnek megtartani a légkörük egy részét. A légkörök fejlődésére vonatkozó különböző elméletek eltérő jóslatokat tesznek a TOI-451 korát elérő égitestek tulajdonságaira. Az exobolygók légköre által megszűrt csillagfény vizsgálata lehetőséget nyújt arra, hogy a fejlődésnek ezt a szakaszát vizsgáljuk, és igazoljunk egyes elméleteket.
„Azzal, hogy különböző hullámhosszokon vizsgáljuk meg egy csillag bolygólégkörön áthatoló fényét, következtethetünk a légkör kémiai összetételére, valamint felhők és magasban lévő pára jelenlétére.” – mondta Elisa Quintana (NASA Goddard Space Flight Center). „A TOI-451 bolygói kiváló célpontok a fentiek vizsgálatára a Hubble-űrtávcsővel és a majdani James Webb-űrteleszkóppal.”
A WISE megfigyelései azt mutatják, hogy a rendszer szokatlanul fényes az emberi szem által nem látható infravörös tartományban, a 12 és 24 mikrométer közötti hullámhosszokon. Ez egy törmelékkorong jelenlétére utal, amelyben kisbolygószerű objektumok ütköznek egymással, és porrá őrlődnek. Newton és munkatársai a korong nagyságát nem tudták megállapítani, de úgy gondolják, hogy egy diffúz kő- és porgyűrűről lehet szó, amely a csillagtól nagyjából olyan távolságra lehet, mint a Jupiter a Naptól.
A kutatók egy halványabb szomszédos csillagot is megvizsgáltak, amely a TESS felvételein körülbelül két pixelnyire található a TOI-451-től. A Gaia adatai alapján megállapították, hogy a csillag a TOI-451 gravitációsan kötött párja, de olyan messze van tőle, hogy a fénye 27 nap alatt éri csak el. Sőt, úgy gondolják, hogy ez a társcsillag maga is M-típusú törpecsillagokból álló kettős. Tagjainak tömege egyenként nagyjából 45%-a a Napénak, de az energiakibocsátásuk csupán 2%-a csillagunkénak.
Forrás: NASA
