Magyar kutatók a Nature-ben: gyűrűs törpebolygó a Neptunuszon túl

A Naprendszer távoli égitestjei általában még a legnagyobb földi távcsövek számára is csak kiterjedés nélküli fénypontoknak tűnnek. Ez igencsak megnehezíti a Plutóhoz hasonló, hideg törpebolygók vizsgálatát, hiszen még olyan egyszerű paramétereket, mint az égitest mérete, sem egyszerű így megmérni.

A probléma feloldásának egy egyszerű, de nagyszerű módszere, ha megvárjuk, amíg az égitestet elhaladni látjuk egy-egy csillag előtt. Az okkultáció, a csillagfény kitakarásának hossza, rögvest meg is adja az égitest fizikai méretét a fedés vonalában. Több helyről megfigyelve pedig az egyes húrokból kirajzolódik az égitest teljes sziluettje, amelyből már a tényleges átmérő is levezethető. Már csak a megfelelő alkalomra és tiszta égboltra kell várni egy-egy ilyen mérés elvégzéséhez.

A (136108) Haumea árnyéksávja Európán át, illetve a megfigyeléseket végző obszervatóriumok. Az MTA CSFK két legnagyobb műszerével, az 1 m-es RCC és a 60/90 cm-es Schmidt távcsövekkel vett részt. (Térkép: Ortiz et al., Nature; fotó: Molnár László és Pál András)

Egy ilyen alkalom jött el 2017. január 21-én, amikor a Haumea nevű törpebolygó árnyéka söpört végig Európán, Magyarországgal a középpontjában. Az okkultáció megfigyelésére számos csillagvizsgáló készült 6 országból, köztük az MTA CSFK Csillagászati Intézet Piszkéstetői Obszervatóriuma is. A Haumea kifejezetten érdekesnek tűnt, mivel már a felszínéről visszaverődő fény változásai alapján is egyértelmű volt, hogy egyáltalán nem gömbölyű, sokkal inkább hasonlít egy rögbilabdára.

Aznap éjjel összesen 11 távcsővel sikerült megfigyelni, ahogy a Haumea elfedi az URAT1 533-182543 jelű, halvány csillagot, ahogy arról a José-Luis Ortiz (Instituto de Astrofísica de Andalucía, Spanyolország) által vezetett cikk a Nature hasábjain beszámolt. A húrok segítségével szépen kirajzolódott az elnyúlt törpebolygó alakja. Ebből, illetve a Haumea fényváltozásaiból ki lehetett számolni a méretét, ami egy 2320x1705x1025 km-es, háromtengelyű ellipszoidnak (vagyis egy összenyomott rögbilabdához hasonló alaknak) bizonyult. Ez a méret nagyobb, mint az eddig becsültek, és emiatt a Haumea sűrűsége is kisebbnek bizonyult, ami jó hír, mert az új érték már beleillik a többi Neptunuszon túli égitest értékei közé.

Néhány fénygörbe a 11-ből. A “Konkoly 1 m” jelű távcső sokkal sűrűbb mintavételezést ért el, egyértelműek a rövid fedések a fő esemény előtt és után, míg a többi esetben csak egy-egy, enyhén kilógó pont látható. (Ortiz et al. 2017, Nature)

De az igazi felfedezés talán meg sem történik, ha nincs a piszkéstetői 1 m-es távcső, amely az ország, és egyben az MTA CSFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézetének legnagyobb távcsöve, és az rajta található, speciális műszerek. Az okkultáció megfigyelésére normál csillagászati CCD kamerákat használtak az észlelők az összes többi távcső esetében. Ezek több, vagy több tíz másodpercen át gyűjtik a fényt, majd további másodpercekig tart, amíg kiolvassák a képet, azért, hogy minél több fényt és minél kevesebb zajt gyűjtsenek. A méteres távcsővel készült észlelések azonban, Pál András (MTA CSFK KTM CSI) vezetésével, egy speciális, elektronsokszorozó CCD kamerával készültek, amely lehetővé tette, hogy jóval sűrűbb időközönként, minden egyes másodpercben megmérjék a csillag és a Haumea együttes fényességét. “Az EMCCD kamera alkalmazásának egy további előnye hogy egy adott kép kiolvasása a rákövetkező kép exponálásával párhuzamosan történik, így egyátalán nem veszítünk el információt a képek készítése során.” – tette hozzá Pál András.

A magyarországi mérések pedig nagyon rövid, maximum 2-3 másodpercig tartó halványodásokat, mutattak a Haumea előtt és után. Mi okozhatta ezeket? Azt már tudtuk, hogy a Haumea rendelkezik két holddal, de azok távolabb keringenek tőle. Mivel a fedések szimmetrikusan történtek a törpebolygó előtt és után, további holdak helyett egy vékony gyűrű jobb magyarázatnak tűnt. A többi mérés alaposabb vizsgálata pedig felfedett további mérési pontokat, ahol a csillag halványabbnak tűnt, mint máskor. Az összes mérést egymáshoz illesztve pedig kirajzolódott egy gyűrű alakja, aminek a sugara kétszerese a Haumeáénak. A piszkéstetői mérések alapján a gyűrű szélessége mindössze 70 km.

A fedések, visszavetítve az égre. A lapos törpebolygó körül kirajzolódik a gyűrű íve.

A Haumea ezzel már a harmadik kisméretű égitest lett a Naprendszerben, amely gyűrűkkel rendelkezik, és megerősítette, hogy ez a jelenség nem korlátozódik csak a nagy gázbolygókra, sőt. Az első két felfedezés két speciális égitest, a Chariklo és Chiron nevű kentaurok körül történt: ezek az apró, 200 km körüli kisbolygók a külső Naprendszerből sodródtak be a Szaturnusz és Uránusz közötti térségbe. A Haumea azonban egy nagyságrenddel nagyobb náluk, holdjai is vannak, és teljesen máshol, a Neptunuszon túl kering. A felfedezés azt vetíti előre, hogy a gyűrűk könnyebben létrejöhetnek a kis égitestek, kisbolygók és törpebolygók között, mint azt eddig gondoltuk.

És egy illusztráció arról, hogyan festhet a Neptunuszon túl keringő, gyűrűs törpebolygó. (Forrás: IAA-CSIC/UHU)

“Alig három éve még mindenki meg volt győződve róla, hogy gyűrűk csak óriásbolygók körül vannak.” – összegezte a felfedezés jelentőségét Kiss Csaba (MTA CSFK). – “A Haumeáról tudjuk, hogy túlélt egy nagy ütközést évmilliárdokkal ezelőtt: ez az egyetlen ismert égitest, a Neptunuszon túl, aminek saját kisbolygócsaládja van. Ha a becsapódások képesek gyűrűt is létrehozni, akkor azok gyakorisága a többi kis égitest körül új információkkal szolgálhat arról, hogyan fejlődött a Naprendszer külső vidéke.”

Ez pedig még inkább felértékeli az okkultációmérések és a nagyon gyors mintavételezésre képes kamerával szerelt távcsövek tudományos értékét.

Az eredményeket bemutató szakcikk a Nature 2017. október 12-i számában jelenik meg, szerzői közül az MTA CSFK kutatói: Pál András, Kiss Csaba, Szakáts Róbert, Takácsné Farkas Anikó, Vargáné Verebélyi Erika és Marton Gábor.