Különös csillagok különös naprendszerei
A vörös törpék és bolygóik
Tömegük a Nap tömegének kb. 7,5-50 százaléka, fényességük pedig jóval központi csillagunk fényessége alatt marad, annak akár az egy-tízezrede is lehet, míg felszíni hőmérsékletük mindössze 3 500 Kelvin-fok, szemben a napfelszín 7 578 Kelvin-fokos hőmérsékletével. Kicsiny fényességük és viszonylag hűvös felszínük abból adódik, hogy nagyon lassan égetik el hidrogénkészletüket, ám e folyamat lassúsága révén várható életkoruk roppant hosszú, 10 milliárd és több billió év között mozog. Ezek a kicsiny, hűvös csillagok a vörös törpék, érdekes tulajdonságokkal és bolygókkal.
A látható fény tartományába eső sugárzásuk elmarad az infravörös, vagyis a hősugárzásuk mellett, ám mindkettő gyengébb, mint a Naphoz hasonló csillagoké, hogy az óriáscsillagokról már ne is beszéljünk, így még a lakhatósági zónájukban keringő bolygóikon is homály uralkodik. Legfeltűnőbb jellegzetességük pedig az, hogy hihetetlenül heves napkitöréseket (flereket) produkálnak, s minél fiatalabbak, annál hatalmasabbakat, aminek az oka gyors tengelyforgásukban keresendő. A csillaglégkör gyors forgómozgásai ugyanis egyre jobban összecsavarják erős mágneses mezőiket, azok egyre hajlítottabbakká és elnyúltabbakká válnak, majd megtörnek, és kevésbé kusza kötődésekbe rendeződnek át. A mágneses mezők megtörésekor viszont óriási energiák szabadulnak fel, így roppant heves flerekre kerül sor. S mivel a fiatal csillagok általában véve is gyorsabban forognak, mint az öregebbek (az idő előrehaladtával lassul a forgás), a fiatal vörös törpék elképesztő erejű és gyakoriságú kitöréseket produkálnak, akár naponta többször is. Például amerikai asztrofizikusok a NASA Swift-űrtávcsövével megfigyelték a tőlünk 60 fényévre lévő, DG CVn katalógusjelű, mindössze 30 millió éves kettős csillagrendszert, melynek egyik tagja harmincszor gyorsabban pörög, mint a Nap, és észrevették, hogy központi égitestünk valaha feljegyzett legerősebb kitörésétől is tízezerszer hatalmasabb flereket bocsátott ki magából. S míg általában a vörös törpék csillagkitörési epizódjai legfeljebb egy napig tartanak, a megfigyelt égitest két héten át újabb és újabb kitöréseket produkált, köztük legalább hét szuperflert, melyek hőmérséklete elérte a 200 millió Celsius-fokot, ami 12-szer magasabb volt a Nap belsejében uralkodó hőmérsékletnél. Tehát ezek a csillagok amilyen kicsik, annyira vadak.
Ám körülöttük is keringenek planéták, döntő részben kőzetbolygók, a Chicagói Egyetem kutatói pedig nemrég egy új bolygótípust is felfedeztek a vörös törpék naprendszereiben: olyan planétákat, melyek felerészben kőzetekből, felerészben vízből állnak. Ám a víz nem biztos, hogy a felszínen található, még a lakhatósági zónában sem, hanem inkább a felszín alatt vagy fagyott állapotban, a kőzetekkel összekeveredve, amennyiben ezek az égitestek a lakhatósági zónán kívül keringenek. Sugaruk ugyanis kisebb, mint ha óceánok hömpölyögnének rajtuk, tehát a víz a belsejükben rejtőzik. A gázóriások viszont ritkák a vörös törpék naprendszereiben. A kutatók sokáig úgy vélték, hogy e kicsiny csillagok közelében nem is alakulhattak/alakulhatnak ki óriásbolygók, mivel kis tömegvonzásuk miatt formálódásuk közben nem vonzottak/vonzanak magukhoz elegendő csillagközi gázt és port, így akkréciós korongjukban, majd protoplanetáris korongjaikban egyszerűen nincs elég anyag a gázóriások megszületéséhez. Eddigi ismereteink szerint ezek az égitestek a naprendszerek őskorában eredetileg a Földnél tízszer nagyobb kőzetbolygókként, jókora szuperföldekként jönnek létre, melyek központi égitestüktől távoli pályákon keringenek, majd nagy mennyiségű gázt vonzanak magukhoz, és óriásbolygókká alakulnak át. Ám később mégis fedeztek fel gázóriásokat a vörös törpék körül, pl. a közelmúltban a TOI–3757 b kódjelűt, mely kissé nagyobb átmérőjű, mint a Jupiter, ám tömege csak a Jupiter tömegének az egynegyede, s átlagos sűrűsége roppant kicsiny, köbcentiméterenként 0,27 gramm, ami kisebb a víz sűrűségénél, sőt a pillecukor sűrűségével egyenlő. Ez a legkisebb sűrűségű ismert bolygó.
De miként alakulhattak/alakulhatnak ki gázóriások a vörös törpék körül, és miért lett ennyire kicsiny sűrűségű az említett planéta? Az első kérdésre a következő válasz adható: ha az akkréciós korong az újszülött csillag tömegének több, mint a tizedrésze, akkor a csillag tömegvonzása nem elegendő ahhoz, hogy egyben tartsa azt, így annak egy része összeomlik, majd egy fiatal bolygó gravitációja magához vonzza az abban lévő gázokat, és gázóriássá válik. S miért ilyen kicsiny sűrűségű a TOI–3757 b? Nos, csillaga kevesebb nehéz elemet tartalmaz, mint a többi óriásbolygóval rendelkező vörös törpe, ezért az eredeti kőzetbolygó lassabban alakult ki, majd a gázokat is lassabban vonzotta magához, s egyrészt a megkéső gázfelhalmozódás miatt lett ennyire kicsiny az átlagsűrűsége. Másrészt a planéta elnyújtott ellipszis alakú pályán kering, s amikor közel kerül a csillagához, jelentős mértékben túlhevül, ami a bolygó légkörének a felfúvódásához vezet.
Alkalmasak-e élet hordozására a vörös törpék lakhatósági zónájában keringő kőzetbolygók? Csillagkitöréseik lehánthatják a légkörüket, amellett nagy energiájú, elektromosan töltött részecskékkel is bombázhatják a felszínt. Nem éppen barátságos helyek hát e planéták az élet számára. Viszont a Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam kutatóintézet munkatársai tavaly négy vörös törpe esetében kiderítették, hogy flerjeik az 55. szélességi foktól magasabb szélességeken következtek be, közelebb a sarkokhoz, mint az egyenlítőhöz, így az egyenlítőjükkel egy síkban keringő bolygóikat nem érték el a kitörések. Van hát rá esély, hogy mégiscsak lehet élet vörös törpék égi kísérőin.
Lajos Mihály
