Túl minden határon: Neptunuszon túli kisbolygókat vizsgáltak magyar csillagászok a Keplerrel

870

Magyar csillagászok – a Kepler-űrtávcső határait feszegetve – először használták az exobolygók kutatására tervezett műszert kisbolygók fényességméréseire. Az első célpontok egyből nagyon távoli, a Neptunuszon túl keringő égitestek voltak, az eredmények pedig demonstrálták a K2 program újszerű kutatási lehetőségeit.

A Naphoz hasonló csillagok körül keringő bolygók felfedezésére tervezett Kepler-űrtávcső 2009 és 2013 között az égboltnak egy olyan részét vizsgálta, amely távol esik a naprendszerbéli bolygók és kisbolygók előfordulási helyétől, az állatövi csillagképektől. A 600 millió dolláros űrtávcső négy éven keresztül minden félórában megmérte 150 ezer csillag fényességét, amely több ezer exobolygó felfedezését eredményezte. Sajnos 2013-ban tönkrement az űrtávcső pontos célon tartását lehetővé tévő második lendkerék is, a maradék kettővel pedig nem lehetett folytatni az eredeti programot.

aaaa
A Kepler-űrtávcső eredeti látómezeje távol volt a Naprendszer síkjától, így a Nap sosem zavarta a megfigyeléseket, ám kisbolygók sem haladtak át a területen.

Valós veszélynek tűnt a sikeres távcső elvesztése, ám a NASA mérnökei rátaláltak a megoldásra. A két jól működő lendkerék mellett olyan pozícióba hozták a Keplert, amelyben a lehető legkisebb a Nap sugárnyomásának hatása. Ehhez azonban el kellett fordítani a távcsövet, méghozzá a bolygók, az ekliptika síkjába. Ez lett a K2 misszió, s bár az iránytartási pontosság nem olyan jó mint régen, a több mint egy éve folyó mérések szerint a távcső még mindig az emberiség legpontosabb fényességmérő eszköze. Az új irányban ugyan csak 80-85 napig lehet észlelni egy területet, utána 90 fokkal odébb kell állítani a távcsövet, de a sokkal több vizsgálható terület és a több észlelhető objektum legalább annyi érdekes felfedezéssel kecsegtet, mint az eredeti program.

bbbbb
A Keplernek az új konfigurációban nagyjából negyedévente látómezőt kell váltania, különben a Nap a látómezőbe sütne.

Itt vannak mindjárt a kisbolygók, amelyek régen elkerülték a távcső látómezejét, most azonban ezrével száguldanak át a mérésre kijelölt csillagok közelében. Három hónappal ezelőtt beszámoltunk arról, hogy ugyanez a hazai kutatócsoport elvégezte a Kepler-űrtávcső első kisbolygókkal foglalkozó vizsgálatát. Akkor a célcsillagok előtt véletlenül elhaladó kisbolygók fényességmérésre gyakorolt hatását vizsgálták, ám ez csak az első lépés volt. Addigra a távcső már két igen érdekes naprendszerbéli célpontról is gyűjtött adatokat, ezek megszerzése és feldolgozása azonban nem ígérkezett egyszerű feladatnak, ugyanis a távcső igen speciális módban dolgozik.

Hiába van benne egy óriási méretű, 95 megapixeles kamera, egyszerűen nincs akkora kommunikációs sávszélesség, hogy ennyi adatot rövid idő alatt a Földre sugározzon. Ezért az előre kiválasztott célpontoknak csak a környezetét töltik le, és valójában több tízezer kis bélyegkép érkezik a távcsőről, amelyeket egyenként kell elemezni. A kisbolygókkal viszont van egy nagy probléma, az, hogy mozognak. Így egyetlen aszteroida nyolcvan napos követése a látómezőn át az elmenthető pixelmennyiség nagy részét fölemésztené. Legalábbis akkor, ha a kisbolygók főövében gondolkozunk. Vannak azonban sokkal lassabban mozgó, távoli aszteroidák is, mégpedig a Neptunuszon túl, a Kuiper-övben.

Ezekre már rá lehet tenni egy akkora maszkot, melynek a felhasználása nem okoz túlzott fejfájást a csillagokkal foglalkozó szakembereknek. Különösen szerencsés konstelláció a K2 misszióban, hogy a távcső pont abban a tartományban vizsgálódik, ahol a Neptunuszon túli kisbolygók még az átlagosnál is lassabban mozognak, a stacionárius pontjuk körül fordulva szinte megállni látszanak. Így egy hagyományos, mozdulatlan csillagra méretezett maszkkal is 10-15 napos folyamatos mérést lehet biztosítani róluk. Már ez is forradalmi eredményekkel kecsegtet, hiszen a Földről az éjszakák és nappalok váltakozása miatt nem lehet ilyen hosszú, egybefüggő adatsort felvenni, nem is beszélve arról, hogy az ehhez szükséges nagy távcsöveket sem adják oda ennyi éjszakára egyetlen célpont kedvéért. Persze ezekkel az égitestekkel is van egy komoly gond, ugyanis a hatalmas távolság miatt egy-két kivételtől eltekintve rendkívül halványak.

Ez azonban nem szegte a magyar kutatócsoport kedvét, így a lehetőségtől fellelkesedve már a K2 misszió elején, 2014 tavaszán beadtak egy távcsőidő kérelmet több ilyen távoli, a kijelölt látómezőben járó kisbolygó vizsgálatára. Végül a bizonytalan eredmény miatt a Kepler üzemeltetői csak egyetlen kísérleti területet hagytak jóvá. Ugyanakkor egy későbbi mezőben egy szintén pályázó amerikai csoport javaslatára kijelöltek egy olyan, meglehetősen nagy ívet is, amely végigkövette egy másik Neptunuszon túli égitest teljes, nyolcvan napos pályáját. Az adatok egy hónappal ezelőtt váltak publikussá a Kepler teljesen szabadon elérhető adatbázisában. A várható verseny és az egyedi feldolgozási igények – a nyolcvan napos pályaívet például 661 darab egymáshoz illeszkedő, 11-13 pixel magas oszlopból kellett összerakni – miatt gyorsan és összehangoltan kellett cselekedni.

ccccc
Dolgoznak a tudósok, születik a tudomány. A három napos munka során mindenkinek megvolt a maga feladata, volt aki a képeket elemezte, mások a kapott adatokat gyúrták – egymást is ellenőrizve -, a többiek már a cikken és az illusztrációkon dolgoztak.

A csoport tagjai (Pál András, Szabó Róbert, Kiss László, Molnár László, Sárneczky Krisztián és P. Kiss Csaba, az MTA CSFK munkatársai, illetve Szabó M. Gyula az ELTE Gothard Asztrofizikai Obszervatóriumból)  hátrahagyták zajos budapesti és szombathelyi munkahelyeiket, és három napra elvonultak az MTA Veszprémi Területi Bizottság székházába. A veszprémi várban, igen exkluzív környezetben található, jól felszerelt szállással is rendelkező intézményben aztán nagyon kellemes körülmények között feldolgozták az adatokat. A képek kalibrálása és az adatok kinyerése is egy saját, Pál András által fejlesztett programmal történt, a fényességértékek meghatározására például egy korábban nem használt módszert alkalmaztak. Az igen sikeres, bentlakásos munkaterápiát követően néhány napon belül publikáció alá is rendezték az eredményeket. Az adatok nyilvánosságra kerülése után tíz nappal már az Astrophysical Journal Letters szerkesztőinél volt a cikk, melyet két hét alatt – igen kedvező eredménnyel – el is bíráltak.

ddddd
A rendkívül halvány 2002 GV31 jelű kisbolygó mozgása a kijelölt területen. Mivel éppen stacionárius pontjában fordult, 16 napig tartózkodott a mindössze 1,5×1,5 ívperces látómezőben. A képre kattintva egy rövid animáció látható a mozgásáról.

A csoport eredeti célpontja a 2002 GV31 jelű, negyven csillagászati egység (6 milliárd km) távolságban járó, mindössze 22,5 magnitúdós transzneptun kisbolygó volt. Ennyire halvány égitestet még csak megközelítőleg sem észleltek korábban a Keplerrel, és a már említett első kisbolygós vizsgálat alapján a csoport sem reménykedett pozitív eredményekben. A földfelszínről több méteres távcsövek kellenének egy ilyen égitest megfigyeléséhez, a fényességváltozás kiméréséhez pedig a legnagyobb, 8-10 méteres távcsöveket kéne bevetni, a világűrből viszont elég volt a 95 cm-es átmérő is. Persze így is össze kellett adni több órányi expozíciót, és a jel még ekkor is borzasztóan gyenge volt, de a 16 napos folyamatos adatsor lehetővé tette, hogy a nagyon zajos mérésekből is meghatározzák a kisbolygó fényességváltozásának, ezáltal tengely körüli forgásának periódusát. A kapott eredmények szerint a 100 km körüli égitest a társaihoz képest meglepően lassan forog, 29,2 óra alatt fordul meg a tengelye körül. Mivel a forgás során elég jelentős, 0,35 magnitúdós fényességváltozás lép fel, az is felmerült, hogy esetleg egy kettős kisbolygóról van szó, amelynek tagjai eltakarják egymást. Ennek eldöntése a mostani adatok alapján nem lehetséges, ám erről az égitestről bármi elképzelhető, ugyanis egy korábbi, szintén magyar részvétellel folytatott mérés alapján felszíne rendkívül fényes, mintha frissen hullott hó borítaná.

eeeee
A (278361) 2007 JJ43 jelű kisbolygó 80 napos útját lefedő bumerángot 661 oszlopból illesztették össze a kutatók, majd a távcső apró ingadozásai miatt csúszkáló csillagmezőt tolták egymásra mind a 3789 képen, hogy aztán képkivonással el tudják tüntetni a zavaró csillagokat a kisbolygó útjából. A képre kattintva egy két és fél perces animáció látható, amely az égitest nyolcvan napos útját mutatja. Miközben az alsó szár közepéről induló Neptunuszon túli égitest araszolását figyeljük, számos jóval közelebbi, főövi kisbolygó is átsuhan a területen.

A másik égitest egy fényesebb, 20,5 magnitúdós, 41 csillagászati egységre járó objektum, a (278361) 2007 JJ43 volt. A nagyobb fényességből következően ez jóval nagyobb, mintegy 600 km átmérőjű lehet. Ebben az esetben a teljes, nyolcvan nap alatt befutott pályaívet megpróbálták lefedni egy maszkkal a K2 szakemberei, ám a kisbolygó pont olyan szerencsétlen helyzetben volt, hogy a stacionárius pontja az érzékelőn kívül esett. Így egy, a csúcsánál hiányos ívet kellett feldolgozni, amelynek szárain 19, illetve 39 napot tartózkodott a kisbolygó. Erről az égitestről korábban földi mérések is készültek amerikai csillagászok által, amelyeknél kiválóan megmutatkozott az, hogy a forgási periódus meghatározásánál milyen problémákat jelenthet a nappalok és éjszakák 24 órás váltakozása. Ha ugyanis a kisbolygó forgási periódusa a 24 óra fele vagy negyede, éjszakáról éjszakára ugyanabban a fázisban mérjük, nem tudjuk letapogatni a teljes forgást, így a periódus meghatározása bizonytalanná válik. A földi eredmények itt is 6 vagy 12 órás periódust állapítottak meg, miközben a fénygörbe alakja jelentősen eltért a szinuszgörbétől, amit a kisbolygó felszínén található foltok, vagy a mélyebb krátereket borító árnyék okozhat. A megszakításoktól mentes Kepler megfigyelések végül egyértelműen megmutatták, hogy a fél napos periódus a helyes, egészen pontosan 12,097 óra alatt fordul meg az égitest a tengelye körül.

A kapott eredmények fényesen igazolták, hogy a Kepler korábban nem sejtett halványságú égitestekről is képes használható, és igen egyedi adatokat szolgáltatni. A következő években észlelendő mezőkön pedig érdemes minél több Neptunuszon túli kisbolygót megfigyelni, mert a K2 misszió egyedülálló lehetőséget kínál a forgási paraméterek meghatározásához, melynek segítségével a kisbolygók múltjára és fejlődésére tudunk következtetni. A következő nagy lépés a képeken százával, ezrével áthaladó főövi kisbolygók fényességmérése lesz, amely vélhetően egy több lépcsőben zajló, több éves kutatási program lesz.

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal Letters folyóiratban fog megjelenni. A kutatást az Akadémia Lendület programja (Lendület-2009 és LP2012-31), valamint az OTKA (K-83790, K-109276, K-104607) támogatta.

Forrás:

Hozzászólás

hozzászólás