Részben az északi Gemini teleszkóppal végzett megfigyelések alapján kimutatták, hogy négy, a Földnél kisebb exobolygó kering a Barnard-csillag körül. Ez a hozzánk legközelebbi magányos csillag, azaz nem kettős vagy többes rendszer tagja. A planéták egyike a legkisebb tömegű exobolygó, amelyet a radiálissebesség-módszerrel eddig felfedeztek.
A Barnard-csillagot egy vörös törpecsillag, amely a Nap után a negyedik legközelebbi csillag. Körülbelül 6 fényévre található a Földtől a Kígyótartó csillagképben, már egy évszázada tanulmányozzák a kutatók. Az égitestet Edward E. Barnard fedezte fel 1916-ban a Yerkes Obszervatóriumban. Azonkívül, hogy a hozzánk legközelebbi magányos csillag, legismertebb tulajdonsága a nagy sajátmozgása. A látóirányra merőleges elmozdulása már néhány év alatt észrevehető.
Sok ilyen csillagnak van kompakt bolygórendszere, amelyben a planéták a csillag közelében tömörülnek, és közöttük sok a kőzetbolygó.
A Barnard-csillag körül eddig egy megerősített exobolygót, a Barnard b-t ismertünk. Ez egy szuperföld típusú bolygó, amely a csillagától mintegy 0,4 Csillagászati Egység (CSE) távolságra kering. Körülbelül 233 nap alatt tesz meg egy teljes keringést. A bolygó tömege a Föld tömegének legalább 3,2-szerese, és felszíni hőmérséklete körülbelül -170 °C.
Az egyik érdeklődő kutatócsoportot Jacob Bean (University of Chicago) vezeti, aki csapatával megépítette az optikai tartományban működő MAROON-X nevű spektrográfot, amit kifejezetten arra a célra terveztek, hogy vörös törpék körül keringő bolygókat detektáljanak.
A MAROON-X az északi Gemini teleszkópon (Gemini North) üzemel, amely a Nemzetközi Gemini Obszervatórium (International Gemini Observatory) két nagy távcsöve közül az egyik (másik a déli, a Gemini South Chilében), és részben az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Alapja (National Science Foundation, NSF) finanszírozza, illetve az NSF NOIRLab működteti.
Radiálissebesség-módszer
A MAROON-X a radiálissebesség-módszerrel keresi az exobolygókat, amely azon alapul, hogy keringése közben a bolygó kicsit „rángatja” a csillagot (a bolygó valójában nem a csillag körül kering, hanem a rendszer tömegközéppontja körül, amelyet a csillag maga is körbejár), a csillag mozgásának látóirányú komponense pedig a színképvonalainak Doppler-eltolódásából kimérhető.
Mivel az effektus kicsi ‒ a csillagok általában sokkal nagyobb tömegűek, mint a bolygóik, így a bolygó hatása a csillagra sokkal kisebb, mint a csillagé a bolygójára ‒, ezért a kis tömegű bolygók detektálásához nagy átmérőjű távcsövek és nagy felbontású spektrográfok szükségesek.
A MAROON-X képes 1 m/s-nál kisebb sebességváltozások kimutatására akár 16 magnitúdós vörös törpék esetében is. Ez a pontosság lehetővé teszi a csillag körül keringő bolygók számának és azok tömegének meghatározását is.
A radiálissebesség-módszert illusztráló animáció. A csillag körül keringő bolygó kicsit rángatja a csillagot, az is kering a rendszer tömegközéppontja körül, mozgása pedig a színképvonalainak laboratóriumi hullámhossz körüli periodikus ingadozásában nyilvánul meg. A színképvonalak elmozdulásának amplitúdójából meghatározható a csillag látóirányú sebessége, ebből pedig a keringő bolygóé is, végső soron pedig annak tömegére is becslést (alsó határt) adhatunk. (ESO/L. Calçada)
112 éjszakányi mérés
A három éven keresztül végzett, összesen 112 éjszakányi mérés alapján a csoport meggyőző bizonyítékokat talált arra, hogy a Barnard-csillag körül legalább három bolygó kering, amelyek közül kettő már korábban is jelölt volt. Az új adatokat az Európai Déli Obszervatórium (European Southern Observatory, ESO) chilei VLT-távcsőegyüttesének ESPRESSO műszerével 2024-ben gyűjtött adatokkal kombinálva a kutatócsoportnak egy negyedik bolygó létét is sikerült megerősítenie, így a jelölt státuszból az is előrébb lépett.
A bolygók keringési periódusai rendre (zárójelben a bolygó jele): 3,154 nap (b), 4,124 nap (c), 2,340 nap (d) és 6,739 nap (e).
„Ez egy igazán izgalmas felfedezés ‒ a Barnard-csillag a kozmikus szomszédunk, és mégis olyan keveset tudunk róla” ‒ mondta Ritvik Basant, a Chicagói Egyetem PhD-hallgatója, a The Astrophysical Journal Letters című folyóiratban megjelent tanulmány első szerzője. „Az új műszereknek a korábbiaknál nagyobb pontossága áttörést jelenthet ezen a területen.”
Kőzetbolygók a Barnard-csillag körül
Az újonnan felfedezett planéták nagy valószínűséggel kőzetbolygók és nem gázóriások, mint a Jupiter. Teljes bizonyossággal azonban nem lehet kijelenteni ezt, mivel a bolygók pályasíkja olyan, hogy a Földről nézve a keringésük során nem haladnak el a csillaguk előtt, így a méretükről nincs pontos információ ‒ ehhez kellenének a tranzitok ‒, ezért a sűrűségükre, ezen keresztül pedig az összetételükre sem mondhatunk biztosat. Mivel a pályahajlásokról nincs információnk, a tömegükre is csak alsó határt tudunk adni.
Mind a négy bolygó 0,5 m/s-nál kisebb amplitúdót okozott a csillag radiálissebesség-változásában, és mindegyik tömege a Föld tömegének 19 és 34%-a közé esik. A jelenlegi adatok 99%-os bizonyossággal azt is kizárják, hogy a Barnard-csillag lakhatósági zónájában 0,57 földtömegnél nagyobb tömegű bolygó keringene.
A Barnard-csillag a bolygóvadászok számára a „nagy fehér bálna”: az elmúlt száz évben több esetben is bejelentették, hogy bolygót detektáltak körülötte, de eddig minden detektálás hamisnak bizonyult. A mostani mérések alapján kapott eredmények azonban minden eddiginél nagyobb valószínűségűek.
„Különböző napokon és az éjszaka nem ugyanazon részében végeztük a megfigyeléseket, ők Chilében, mi pedig itt Hawaii-n, a csoportjaink pedig semmilyen kapcsolatban nem álltak egymással” ‒ tette hozzá Basant. „Ez pedig szintén azt erősíti, hogy nem fantombolygókat látunk az adatokban.”
