2010.10.26. - Pulzárok rádiójelei alapján ellenőrizték a bolygótömegeket

Egy rádiócsillagászokból álló nemzetközi csoport olyan új módszert dolgozott ki, mellyel pulzárok rádiójelei alapján független módon ellenőrizhetők a nagybolygók és holdjaik űrszondák mozgásából származtatott tömegértékei.

Klasszikus módon a bolygók tömegét a körülöttük keringő természetes és mesterséges égitestek (holdak és űrszondák) pályaadatai - fél nagytengely, keringési idő - alapján lehet meghatározni. A Max-Planck-Institut für Radioastronomie munkatársa, David Champion által vezetett kutatócsoport pulzárok rádiójeleit használta erre a célra. A nagyon pontosan ismétlődő rádiójelek beérkezési idejét ugyanis befolyásolja a Föld Nap körüli mozgása, pontosabban az egész Naprendszer tömegközéppontjának (baricentrum) - ami körül minden bolygó és a Nap is mozog - az égitestek pillanatról pillanatra változó relatív pozíciói miatti elmozdulása. A munkához a kutatók a baricentrum helyzetét a bolygók efemeriszeiből (előrejelzett pozícióiból), és korábban meghatározott tömegértékeikből vezették le. Dick Manchester (CASS, CSIRO Astronomy and Space Science) szerint ha a baricentrum így származtatott helyzete pontatlan, az a pulzárok rádiójeleinek késleltetésében egy reguláris mintázatot eredményez. Például ha a baricentrum pozíciójának bizonytalanságát a Jupiter és holdjai tömegének pontatlansága okozza, akkor a mintázat a Jupiter Nap körüli keringési idejével megegyező, 12 éves skálán ismétlődne. Az új eljárás elve az, hogy a kérdéses bolygótömeget úgy kell módosítani, hogy ez a mintázat eltűnjön.

A pulzárok rádiójeleinek elemzésén alapuló új módszer segítségével nagy pontossággal sikerült reprodukálni a Naprendszer nagybolygóinak tömegét. Az így kapott értékek kitűnő egyezésben állnak az űrszondák pályaadatain alapuló tömegekkel, és sok esetben azoknál pontosabbak is.
[D. Champion, Max-Planck-Institut für Radioastronomie]

Az új módszer segítségével Champion és kollégái négy pulzár jeleinek adatait felhasználva a Merkúr, a Vénusz, a Mars, a Jupiter és a Szaturnusz, illetve holdjaik és gyűrűrendszereik tömegértékeit határozták meg. Az észlelések nagy részét a kelet-ausztráliai Parkes rádióteleszkóppal végezték, de gyűjtöttek adatokat az arecibói (Puerto Rico) és az effelsbergi (Németország) antennákkal is.

A nyert tömegértékek konzisztensek az űrszondák pályaadatai alapján kapott eredményekkel. Például a Jupiter rendszerének tömegére a Napénak 0,0009547921(2)-szeresét kapták, ami jóval pontosabb, mint a Pioneer és a Voyager szondák mozgásából származtatott érték, s konzisztens a Galileo-szonda pályaadataiból levezetett értékkel, bár annál pontatlanabb. Az új eljárás a Föld tömegének 0,003 százalékával - ami a Jupiter tömegének 10 milliomod része - megegyező tömegkülönbség kimutatására is alkalmas.

George Hobbs (CASS) szerint a legpontosabb tömegértékek továbbra is az űrszondák mozgásának elemzéséből vezethetők majd le, az új módszer azonban jól használható azon égitestek esetében, melyek mellett nem repülnek el űreszközök, illetve bolygó-hold rendszerek együttes tömegének meghatározására. Az eljárás pontossága a mérések ismétlésével növelhető. Ha például 20 pulzárt észlelnének 7 éven keresztül, akkor a Jupiter tömege már pontossabb lenne, mint az űrszondák pályadatai alapján. A Szaturnusz esetében ehhez 13 éves megfigyelési periódus kellene.

Az új módon származtatott tömegértékek felhasználhatóak lesznek majd a jövő űrmisszióinak tervezésében, de Michael Kramer (Max-Planck-Institut für Radioastronomie) szerint az új eljárás a gravitációs hullámok kutatása szempontjából is nagyon fontos, hiszen azok sikeres detektálása szintén a pulzárjelek késleltetésében fellépő változásokon alapul, így elsőrendű fontosságú az ezzel kapcsolatos minden lehetséges - például a Naprendszer bolygóinak mozgásából származó - hibaforrás lehető legpontosabb ismerete.

Forrás:

• ScienceDaily 2010.10.23.