Óriásbolygókat és barna törpéket vizsgál a nyugdíjazott NASA Spitzer űrtávcső mérési adataiból készült két új tanulmány. Az eredményekről az Amerikai Csillagászati Egyesület (AAS) konferenciáján is beszámoltak 2022 elején. Az egyik eredmény szerint a barna törpéken, amik úgy keletkeznek, mint a csillagok, de nincs elegendő tömegük a hidrogénfúzió beindításához (így se nem csillagok, se nem bolygók igazán), az időjárás változik a korral. A barna törpék és óriás exobolygók átmérő, tömeg és összetétel szempontjából hasonlóak, így az egyik típusú égitest légköri tulajdonságainak megértésével a másikat is jobban megérthetjük.

A másik kutatásban forró jupitereket vizsgáltak, olyan gázóriásokat, amik extrém közel keringenek a csillagukhoz. Hogyan keletkeznek ezek a nagy tömegű bolygók, és vajon vannak-e különböző módon kialakuló, eltérő típusú forró jupiterek? A válaszokért az XO-3b exobolygót kapták lencsevégre, egy olyan ritka forró jupitert, ami a közelmúltban sodródhatott közel a csillagához.

Az XO-3b jelű exobolygó belső hőforrással rendelkezik, valószínűleg árapályfűtés, azaz amiatt, hogy a központi csillagának gravitációs vonzása periodikusan összenyomja a bolygó belsejét. Ezt erősítheti a bolygó kissé elliptikus pályája (jobb oldalt). (Forrás: NASA/JPL-Caltech)

A korral nyugalom jár, ez pedig úgy tűnik a kozmikus objektumokra is igaz. Az új eredmények szerint a fiatalabb barna törpéken változékonyabb az időjárás, mint az idősebbeken. Barna törpék esetén a változékonyság alatt a légkörből kilépő, különböző hullámhosszú infravörös fény intenzitásának rövidtávú eltéréseit értik. Ezeket az eltéréseket felhők okozhatják, amik visszaverik vagy elnyelik a fényt a légkörben.

Az erős változékonyság valamilyen nagyobb légköri jelenségre utalhat, például olyanra, mint a Jupiter Nagy Vörös Foltja, egy hatalmas vihar, ami évszázadok óta örvénylik a bolygón. Emellett utalhat gyorsan változó légkörre is, aminek több oka is lehet, például nagy hőmérséklet-különbségek a légkörben vagy turbulencia (ezt okozhatják erős szelek).

A fiatal barna törpéket idősebb barna törpékről készült, korábbi Spitzer adatokkal összevetve azt találták, hogy a fiatal objektumok nagyobb valószínűséggel változékonyak. Ezenfelül az is kiderült a kutatásból, hogy a változások nagyobbak és drámaibbak a fiatal barna törpéken. A tanulmány szerzői szerint ezt az okozhatja, hogy a barna törpék felfúvódottabbak fiatalként, idővel pedig egyre kompaktabbak lesznek, ettől tűnhet egységesebbnek a légkör.

Ezen az illusztráción látható, hogy hogyan nézhetnek ki a felhők egy barna törpe légkörében. (Forrás: NASA/JPL-Caltech/IPAC/T. Pyle)

A fiatal barna törpék átmérő, tömeg és összetétel szempontjából hasonlítanak a főként gázból álló óriás exobolygókhoz. Az óriás exobolygók tanulmányozása viszont a központi csillagukhoz való közelségük miatt igen bonyolult: a csillag besugározza a bolygó légkörét, ami megváltoztatja a hőmérsékletet, akár a kémiát is, valamint befolyásolja az időjárást. A csillagból érkező erős fény miatt jóval nehezebb a halvány bolygót megfigyelni. A barna törpék ezzel szemben egyfajta kontrollcsoportként szolgálhatnak és az űrben izolálva is megfigyelhetőek.

Habár a forró jupiter a legszélesebb körben kutatott exobolygó típus, számos kérdés övezi még a kialakulásukat. Például, vajon ezek a bolygók a csillaguktól távol alakulnak ki (ahol elég hideg van ahhoz, hogy a molekulák, mint a víz, megszilárduljanak), vagy közel? Az első eset jobban illeszkedik a saját Naprendszerünk bolygóinak kialakulásához, de az, hogy vajon mitől sodródnak utána ennyire közel a csillagukhoz, még nem világos.

Lisa Dang és kutató kollégái a Spitzer XO-3b exobolygóról készített adatait vizsgálták, ami a legtöbb forró jupiterrel ellentétben nem kör, hanem ellipszis alakú pályán kering. Ez az excentrikus pálya azt sugallja, hogy az XO-3b a közelmúltban sodródhatott közelebb a csillagához – ha ez a helyzet, akkor idővel be fog állni egy körkörösebb pályára.

Az ESA Gaia, illetve a Spitzer megfigyelése alapján ez a bolygó maga is hőt sugároz ki, de ennek a pontos oka még nem ismert. A Spitzer adataiból a bolygó időjárási mintázataira is fény derült. Elképzelhető, hogy a bolygó belsejéből kiáramló plusz hő az árapályfűtés során keletkezik. A csillag gravitációs hatása hullámzó erősséggel nyomja össze a bolygót az elliptikus pálya miatt, így a belső nyomás periodikus változása hőt generál.

Egy szokatlan forró jupiter kiváló lehetőség arra, hogy különböző keletkezési elméleteket vizsgáljanak. Például, vajon az árapályfűtés más forró jupiterek esetén is nemrég lezajlott migrációra utal? Az XO-3b egyedül még nem fogja megválaszolni a kérdést, de fontos laboratóriuma a forró óriásokról alkotott elméleteknek.

Forrás: NASA JPL