A legújabb, bolygónknál mindössze 2,7-szer nagyobb szuper-Földet David Charbonneau (Harvard Smithsonian Center for Astrophysics) és munkatársai fedezték fel a GJ 1214 katalógusjelű közeli, 40 fényévre található vörös törpe körül, melynek mérete ötször, luminozitása pedig háromszázszor kisebb a Napénál. A GJ 1214b jelű bolygó a CoRoT-7b után a második szuper-Föld, melynek tömegét és átmérőjét is sikerült meghatározni, így következtetéseket lehet levonni a szerkezetére vonatkozóan, illetve az első a bolygónknál csak néhányszor nagyobb exoplanéták között, melynél az atmoszféra létezése is valószínűsíthető. Tömege a Földének 6,5-szerese, s nagyrészben vízből állhat. Mivel csillagához nagyon közel, mintegy 2 millió kilométerre kering, a besugárzás miatt felszíne nagyon meleg, a hőmérséklet a fényvisszaverőképességtől függően 100-300 °C közötti lehet. Emiatt, de a viszonylag vastag, vélhetőleg hidrogénből, illetve héliumból álló légköre okán sem nyújthat barátságos környezetet a földihez hasonló (teoretikus) létformák számára.

A GJ 1214b planétát először fedési exobolygóként azonosították az MEarth projekt keretében gyűjtött észlelések alapján. A projekt keretében az arizonai Mount Hopkins csúcson körülbelül kétezer kistömegű csillagot fotometrálnak rendszeresen 8 darab, egyenként 40 cm nyílású teleszkóppal bolygók átvonulása okozta nagyon kicsiny fénycsökkenések után kutatva a vizsgált csillagok 700 és 900 nm közötti, azaz már a közeli infravörös tartományba eső sugárzásában. (Hasonló módon dolgozik a Bakos Gáspár vezette HATNet projekt is, csak kisebb átmérőjű eszközökkel, s nem az infravörös tartományban.) Vörös törpék esetében a kísérők nagyobb relatív fényességcsökkenést okoznak, mint például a Naphoz hasonló csillagok bolygói, így az előbbieknél földfelszíni eszközökkel is detektálható a változás, míg utóbbiak esetében ez minden bizonnyal csak a Kepler-missziótól várható.

A GJ 1214 vörös törpe fénygörbéje az MEarth projekt keretében gyűjtött megfigyelési adatok alapján. Az MEarth x 1 és MEarth x 8 jelzések arra utalnak, hogy a méréseket egy teleszkóppal végezték, vagy mind a nyolccal. Az FLWO jelzés az F.L. Whipple Observatory 1,2 méteres teleszkópjával végzett mérésekre utal. A fedés során a csillag fénye a bolygó átvonulása miatt körülbelül 1,3 százalékkal csökkent. A fénygörbéből a keringési perióduson túl (1,58 nap) meg lehet határozni a bolygó és a csillag sugarának arányát, a csillag modellszámításokból származó sugarának ismeretében pedig magának a bolygónak az átmérőjét is. Ez a földátmérő 2,7-szeresének adódott.
[Charbonneau és tsai]

Megerősítendő, hogy a GJ 1214b valóban bolygó, az ESO 3,6 méteres, La Silla-n működő távcsövéhez csatolt HARPS (High Accuracy Radial velocity Planetary Search) spektrográffal rögzített színképek alapján mérték a radiális sebességeket is. A bolygó hatása mindössze 12 m/s-os változást okoz a csillagának látóirányú sebességében, ez pedig csak a legpontosabb, HARPS-hoz hasonló stabilitású, 1 m/s pontosságot is elérő spektrográfokkal mutatható ki egyértelműen. A sebességgörbe félamplitúdója alapján meghatározható a kísérő ún. tömegfüggvénye, amiben a tömeg mellett szerepel még a pályasík normálisának látóiránnyal bezárt szöge, pontosabban ennek szinusza is. Mivel azonban a GJ 1214b fedést produkál, ezért az említett szög gyakorlatilag 90 fok, azaz ebben az esetben a sebességgörbéből maga a tömeg is adódik.

A GJ 1214 látóirányú sebességeiből összeállított sebességgörbe. Ennek félamplitúdója alapján, figyelembe véve, hogy a kísérő keringési síkja a látóirányba esik, meghatározható a bolygó tömege, ami a földtömeg 6,5-szeresének adódott.
[Charbonneau és tsai]

A bolygó tömegének és sugarának ismeretében egyszerűen meghatározható az átlagsűrűség is, ez 1,9 g/cm³, szemben a Föld 5,5 g/cm³-es értékével. Ebből pedig az a következtetés vonható le, hogy az új bolygó valószínűleg kőzetek és víz(jég) keveréke, de mindenképpen jóval nagyobb arányban tartalmaz vizet, ezért felépítése jelentősen eltér az alig valamivel kisebb tömegű, de mintegy 2,5-szer kisebb térfogatú CoRoT-7b szerkezetétől, melynek átlagsűrűsége jobban közelíti a Földét, s így főként (olvadt állapotú) kőzetekből épülhet fel. Méretét a modellek által jósolt értékkel összehasonlítva az is valószínűsíthető, hogy a GJ 1214b bolygónak mintegy 200 km vastagságú, vélhetőleg hidrogénből és héliumból álló légköre is lehet.

A GJ 1214b elképzelt belső szerkezete. A vasból és nikkelből álló magot egy szilikátköpeny övezi, majd egy nagy mennyiségű vizet tartalmazó réteg következik. A bolygónak valószínűleg egy viszonylag vastag, hidrogénből és héliumból álló légköre is van.
[Nature/G. Marcy]

Az eredményeket részletező szakcikk és annak kommentárja a Nature magazin 2009. december 17-i számában jelent meg.

Forrás:

• ESO0950 - News Release 2009.12.16.
• Nature 462, 853-854 (17 December 2009)
• Nature 462, 891-894 (17 December 2009)