A Penn State Egyetem kutatócsoportja, élén Mahadevan professzorral, jelentős előrelépést ért el az exobolygók kutatásában. Több mint húsz évnyi adat elemzésével és a legmodernebb műszerek alkalmazásával egy új, nagy tömegű bolygót fedeztek fel a GJ 251 csillagrendszerben. Ez az eredmény nemcsak a technológiai fejlődés, hanem az interdiszciplináris együttműködés sikerét is példázza.
A felfedezés háttere és módszerei
Mahadevan és kollégái több mint két évtizeden át gyűjtötték az adatokat különböző földi teleszkópok segítségével. A kutatás középpontjában a GJ 251 csillag apró mozgása, az úgynevezett „bólogatás” állt. Ez a jelenség a csillag fényében bekövetkező apró Doppler-eltolódásokból áll, amelyeket egy körülötte keringő bolygó gravitációs hatása okoz.
Először az ismert belső bolygó, a GJ 251 b „bólogatását” pontosították, amely 14 nap alatt kerüli meg anyacsillagát. Ezt követően az alapadatokat új, nagy pontosságú mérésekkel egészítették ki a HPF (Habitable-zone Planet Finder) műszerrel, amely egyértelműen kimutatta egy második, erősebb jelet 54 napos periódussal. Ez arra utalt, hogy egy sokkal nagyobb tömegű bolygó is jelen van a rendszerben.
A felfedezés megerősítése és technológiai kihívások
A kutatócsoport további megerősítést nyert a NEID spektrométer segítségével, amelyet Penn State kutatók fejlesztettek ki és az arizonai Kitt Peak Nemzeti Obszervatórium egyik teleszkópjához kapcsoltak. Corey Beard, a tanulmány társszerzője és az UC Irvine doktori hallgatója kiemelte:
„Ez a rendszer technológiai és elemzési módszerek élvonalában áll. A következő generációs teleszkópokra van szükségünk ahhoz, hogy közvetlenül képet készíthessünk erről a jelöltről, de ehhez elengedhetetlen a közösségi támogatás is.”
Az egyik legnagyobb kihívás az exobolygók keresése során az, hogy elkülönítsék a bolygó jeleit a csillag saját aktivitásától – amit „csillagidőjárásnak” is neveznek. A csillagfoltok és más aktivitások ugyanis olyan periodikus mozgást produkálhatnak, amely megtévesztően hasonlít egy bolygó jelenlétére.
Ennek leküzdésére fejlett számítógépes modellezési technikákat alkalmaztak, amelyek képesek voltak elemezni, hogyan változnak ezek a jelek különböző hullámhosszokon vagy színekben. Mahadevan így fogalmazott:
„Ez egy nehéz játék: egyszerre kell legyőzni a csillag aktivitását és mérni annak finom jeleit, miközben ki kell szűrni az apró bolygójelenségeket ebből az alapvetően pezsgő, mágneses mezőkkel teli csillagfelszínből.”
Az interdiszciplináris együttműködés ereje
Az exobolygók felfedezéséhez nemcsak fejlett műszerekre van szükség, hanem komplex adatfeldolgozásra és nemzetközi együttműködésre is. Eric Ford professzor hangsúlyozta:
„Ez a felfedezés remek példája annak, hogy milyen hatalmas erőt képviselhet az interdiszciplináris kutatás Penn State-en belül. A csillagaktivitás zajának kezelése nemcsak élvonalbeli műszereket és teleszkóp-hozzáférést igényelt, hanem speciális adat-tudományi módszereket is kellett kidolgozni ehhez a konkrét csillaghoz és műszerkombinációhoz.”
A kiváló minőségű adatok és korszerű statisztikai módszerek ötvözése tette lehetővé azt, hogy ez az interdiszciplináris csapat izgalmas felfedezést tegyen. Ez pedig megnyitja az utat a jövőbeli obszervatóriumok előtt, amelyek célja élet nyomait keresni naprendszerünkön kívül.
A jövő kilátásai: közvetlen megfigyelés és élet jelei
Bár jelenleg még nem lehetséges közvetlen képet alkotni az újonnan felfedezett exobolygóról – amelyet GJ 251 c-nek neveztek el –, Mahadevan szerint a következő generációs teleszkópok már képesek lesznek elemezni annak légkörét. Ez akár kémiai életjelek feltárását is lehetővé teheti.
„Mindig előre tekintünk,” mondta Mahadevan. „Legyen szó arról, hogy biztosítsuk: a következő generációs hallgatók részt vehessenek élvonalbeli kutatásokban vagy új technológiák tervezésében és építésében potenciálisan lakható bolygók detektálására.”
A most felfedezett exobolygó ideális célpont lesz majd közvetlen megfigyelésre azokkal az új földi teleszkópokkal, amelyek akár harminc méteres átmérőjűek lesznek. Ezekkel felszerelve várhatóan képesek lesznek megörökíteni közeli kőzetbolygókat azok lakható zónáiban.
Mahadevan így foglalta össze: „Bár még nem tudjuk megerősíteni légkörének vagy esetleges életének jelenlétét GJ 251 c-nél, ez egy ígéretes célpont a jövőbeni kutatások számára. Izgalmas felfedezést tettünk, de még rengeteget kell tanulnunk erről a bolygóról.”
Támogatók és szerzők
A tanulmány szerzőinek teljes listája és támogatói elérhetők magában a publikációban. A Penn State részvételét ebben a kutatásban az Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Alapítványa (NSF), a NASA és a Heising-Simons Alapítvány finanszírozta.