Kétségessé vált a Kepler-1625b és a Kepler-1708b jelű exobolygók körül keringő holdak létezése.

Amikor kiderült, hogy a Tejútrendszer egyes csillagai körül bolygók keringenek, feltételeztük, hogy ezeknek az exobolygóknak holdjaik is lehetnek. Ezeket azonban még nehezebb észlelni. A jelenleg ismert több mint 5300 exobolygóból csupán kettőről tudjuk, hogy holdja is van. Egy nemrég közzétett adatelemzés azonban rámutatott, hogy a tudományos közlések ritkán egyértelműek: mögöttük gyakran kisebb-nagyobb bizonytalanság rejtőzik, és a bizonyításhoz vezető út sokszor inkább egy thrillerre hasonlít.

Művészi illusztráció egy gázóriás exobolygóról, amely egy Naphoz hasonló csillag körül kering. Ilyen a Kepler-1625b jelű exobolygó is. (NASA/JPL-Caltech)

A Kepler- és a Hubble-űrtávcsővel a Kepler-1625b és Kepler-1708b jelű exobolygókról végzett megfigyelések során a kutatók első alkalommal fedezték fel exoholdak jelenlétét. Egy új tanulmány ezt a felfedezést kérdőjelezi meg. A Max Planck Naprendszerkutató Intézet és a Sonnenbergi Obszervatórium kutatói a Nature Astronomy című lapban tették közzé, hogy a „csak bolygós” magyarázat sokkal meggyőzőbb. A kutatók egy újonnan fejlesztett számítógépes algoritmust, a Pandorát használták, amelynek célja az exoholdak utáni kutatás megkönnyítése és meggyorsítása. Azt is vizsgálták, hogy a modern, űrből végzett megfigyelésekkel milyen típusú exoholdakat fedezhetünk fel. Kutatásaik eredménye elég meglepő.

A Naprendszerben szinte általánosnak számít az, hogy egy bolygó körül egy vagy több hold kering: a Merkúrt és a Vénuszt kivéve az összes többi bolygónak vannak kísérői. A gázóriás Szaturnusz körül a csillagászok ezidáig 140 természetes holdat találtak. A kutatók ezért azt valószínűsítik, hogy a távoli csillagrendszerek bolygóinak is lehetnek holdjaik. Eddig csak két exobolygó, a Kepler-1625b, valamint a Kepler-1708b esetében bizonyították a holdak létezését, de ez nem is meglepő. A távoli holdak sokkal kisebbek, mint a bolygóik, így sokkal nehezebb is megtalálni őket. A több ezer exobolygó megfigyelési adatainak átvizsgálása pedig rendkívül időigényes feladat.

Amikor egy exobolygó látszólag elhalad egy távoli csillag előtt, a távcsöveink képesek érzékelni a csillag fényének halványodását. Hogy ez a mérés mennyire eredményes, az attól függ, hogy milyen tényezők adnak zajt a fénygörbéhez. Ahhoz, hogy a kapott adatokban megtaláljunk egy exobolygó körül keringő holdat, egy gyenge, periodikus jelet kell keresnünk, ami elbújhat a zajban. Az adatok elemzése hatalmas feladat, amelyhez nemcsak a távcsövek műszerei, de statisztikai módszerek is szükségesek. (MPS/hormesdesign.de)

A kutatók saját kereső algoritmust fejlesztettek ki, hogy megkönnyítsék és meggyorsítsák az exoholdak utáni kutatást. A módszerről tavaly számoltak be. Az algoritmust nyílt forráskóddal minden kutató számára elérhetővé tették. Amikor a Kepler-1625b és a Kepler-1708b megfigyelési adatait vizsgálták, meglepő eredményre jutottak. „Szerettük volna megerősíteni a Kepler-1625b és a Kepler-1708b körül keringő exoholdak létezését.” – mondta el a tanulmány vezető szerzője, René Heller (MPS). „Sajnos az elemzés mást mutatott.”

A Jupiterhez hasonló Kepler-1625b öt évvel ezelőtt került a címlapokra, amikor a New York-i Columbia Egyetem kutatói meggyőző bizonyítékot mutattak be amellett, hogy az exobolygó körül egy hatalmas hold kering, mégpedig akkora, hogy mellette a Naprendszer összes holdja eltörpülne. A kutatók a Kepler-űrtávcső adatait elemezték. Az űreszköz 2009 és 2013 között több mint 100 ezer csillagot figyelt meg, és több mint 2000 exobolygót fedezett fel. A 2018-as felfedezést követően azonban az exohold kozmikus bújócskába kezdett a kutatókkal. Először is eltűnt, amikor a Kepler adatait megtisztították a szisztematikus zajtól. A Hubble-űrtávcsővel végzett további megfigyelések azonban ismét bizonyítékokat szolgáltattak a létezésére. Ezt követte aztán tavaly egy másik exohold felfedezése: a kutatók szerint a Kepler-1708b jelű, Jupiter méretű exobolygó körül egy, a Földnél is sokkal nagyobb hold kering.

„Az exoholdak olyan messze vannak tőlünk, hogy közvetlenül még a legnagyobb, modern távcsövekkel sem láthatjuk őket.” – magyarázza René Heller. A teleszkópokkal ehelyett a távoli csillagok fényességváltozásait tudjuk megfigyelni, amelyeket az idő függvényében fénygörbéken ábrázolunk. A kutatók ezeken a fénygörbéken keresnek holdak jelenlétére utaló jeleket. Ha egy exobolygó elhaladni látszik a csillaga előtt, annak fényét egészen kis mértékben kitakarja. A tranzitnak nevezett esemény szabályos időközönként megismétlődik, ahogy a bolygó kering a csillag körül. Az exobolygó körül keringő hold hasonló módon halványítja a csillag fényét. A fénygörbén azonban nem csak eggyel több halványodásként látszana a nyoma: a hold és a bolygó közös gravitációs központjuk körül kering, így a többszörös halványodás bonyolult mintázatba rendeződne. Ráadásul más hatásokat is figyelembe kell venni, például a bolygó-hold fogyatkozásokat, vagy a csillag természetes fényességváltozásait, valamint a távcsöves mérések során keletkező egyéb zajokat.

Ahhoz, hogy észlelhessék a holdakat, mind a New York-i kutatók, mind német munkatársaik először is több millió „mesterséges” fénygörbét kalkuláltak ki a lehetséges bolygó- és holdméretekre, az égitestek kölcsönös távolságára és pályájára. A szimulált fénygörbéket aztán egy algoritmus vetette össze a megfigyelt fénygörbével, hogy megtalálja a legpontosabb egyezést. A göttingeni és sonnebergi kutatók a nyílt forráskódú Pandora algoritmust használták, amely exoholdak felkutatására van optimalizálva, és sokkal gyorsabban oldja meg ezt a feladatot, mint a korábban kifejlesztett programok.

A Kepler-1708b esetében a német kutatók arra az eredményre jutottak, hogy a holdat figyelembe vevő és a holddal egyáltalán nem számoló forgatókönyvek éppúgy megfeleltek a megfigyelési adatoknak. „Annak valószínűsége, hogy a Kepler-1708b körül egy hold kering, sokkal kisebb, mint korábban gondolták.” – mondja a tanulmány társszerzője, Michael Hippke (Sonneberg Observatory). „Az adatok nem utalnak exohold létezésére a Kepler-1708b körül.”

Valószínűleg a Kepler-1625b körül sem kering óriáshold. A bolygó tranzitjait korábban a Kepler- és a Hubble-űrtávcső is megfigyelte. A német kutatók azzal érvelnek, hogy a csillag korongján megfigyelhető fényességváltozással, amelyet peremsötétedésnek neveznek, magyarázható az exoholdnak gondolt jelenség. A csillag korongjának széle sötétebbnek látszik, mint a közepe. Attól függően azonban, hogy a Kepler-1625b csillagát a Kepler- vagy a Hubble-űrtávcsővel vizsgáljuk, a peremsötétedés másként jelenik meg. Ennek az az oka, hogy a két űrtávcső más hullámhossz-tartományokban érzékeny. A kutatók szerint ez egyértelműbb magyarázat a kapott adatokra, mint egy óriás exohold.

Új, kiterjesztett elemzésük azt mutatja, hogy az exohold-kereső algoritmusok gyakran fals pozitív eredményre jutnak. Újra és újra „felfedeznek” egy holdat, amikor valójában csak egy bolygó halad el a csillaga előtt. A Kepler-1625b fénygörbéje esetében a téves találatok nagyjából 11 százalékot tesznek ki. „New York-i munkatársaink akkor fedezték fel a feltételezett exoholdat, amikor több tucat exobolygót vizsgáltak át holdak után kutatva.” – mondja Heller. „A becsléseink szerint egy fals pozitív találat egyáltalán nem meglepő, inkább szinte elvárható.” – teszi hozzá.

A kutatók az algoritmussal azt is meghatározták, hogy milyen típusú exoholdak lehetnek egyértelműen azonosíthatók a Keplerhez hasonló műszerrel rögzített fénygörbékben. Elemzésük szerint a jelenlegi technológiával csak a különösen nagy, a bolygótól távol keringő holdak érzékelhetők. A Naprendszer hasonló holdjaival összehasonlítva ezek nagyon furcsák lennének: legalább kétszer olyan nagyok, mint a Ganymedes, ami a Naprendszer legnagyobb holdja, vagyis majdnem akkorák, mint a Föld. „Az első exoholdak, amelyeket a jövőben fel fognak fedezni például a PLATO űrszondával, egészen bizonyosan szokatlanok lesznek, így nagyon izgalmas lesz a vizsgálatuk.” – mondja Heller.

Forrás: Max Planck Gesellschaft