Kettő mini-Neptunuszt találtak, amik légkörük elvesztésével valószínűleg éppen szuperföldekké alakulnak. Az atmoszférájukat a csillaguk sugárzása bontja le, amitől úgy szökik a forró gáz az űrbe, mint a bugyogó lábasból a gőz. Az eredményeket két külön cikkben publikálták, segítségükkel pedig ezen különleges exobolygó típusok kialakulásába és fejlődésébe nyerünk bepillantást.

A mini-Neptunuszok az exobolygók (Naprendszeren kívüli bolygók) olyan típusai, amik kisebbek és sűrűbbek a Neptunusznál, nagy méretű kőmagjukat pedig vaskos gázréteg burkolja. Az új eredményekhez a Hawaii W. M. Keck Obszervatórium, illetve a NASA Hubble-űrteleszkópjának méréseit használták fel. Előbbivel a tőlünk 103 fényév távolságban található TOI 560, utóbbival a 73 fényévnyire lévő HD 63433 rendszerekben keringő mini-Neptunuszokat vizsgálták.

Az eredmények szerint a TOI 560 rendszer legbelül keringő, TOI 560.01 jelű bolygó légköréből szökik a gáz, a HD 63433 rendszerben pedig a legkülső HD 63433 c mini-Neptunuszból; ebből következtetek arra, hogy valószínűleg éppen szuperföldekké alakulnak. Michael Zhang, a két tanulmány vezető szerzőjének elmondása szerint eddig is sejtettük, hogy a fiatal, kis méretű mini-Neptunuszok légköre párologhat, de eddig egyet sem sikerült elcsípni a folyamat közben.

A Hydra csillagkép irányában látszó TOI 560.01 mini-Neptunusz illusztrációja, mely légkörének elvesztésével valószínűleg éppen szuperfölddé alakul. (Forrás: W.M. Keck Observatory / Adama Makarenko)

Meglepő eredmény, hogy a TOI 560.01 légköréből szökő gáz java része a központi csillag irányába mozog. A legtöbb modell előrejelzése szerint viszont a csillagtól ellentétes irányba várnánk az áramlást, így az új eredmények is rámutatnak, hogy még sokat kell tanulnunk a hasonló kiáramlások valódi viselkedéséről.

Az 1990-es évek közepe táján felfedezett első, Naphoz hasonló csillag körül keringő exobolygók óta több ezer másikat találtunk. Közülük sokan a csillagokhoz közel keringenek, a kisebb kőzetbolygók pedig általában két csoportra bonthatók: mini-Neptunuszokra és szuperföldekre. Ilyen típusú bolygók nincsenek a mi Naprendszerünkben. A szuperföldek 1,6-szer nagyobbak a mi Földünknél (olykor 1,75-szor), míg a mini-Neptunuszok 2 – 4-szeres méret között változnak. Kevés bolygót fedeztek fel, ami a két típus közötti mérettartományba esne.

Ennek a résnek egy lehetséges magyarázata, hogy a mini-Neptunuszok szuperföldekké alakulnak. Az elméletek szerint ezeket a bolygókat hidrogén és hélium alkotta primordiális légkör veszi körül, amik a központi csillag keletkezésének idejéből maradtak vissza. Ha egy mini-Neptunusz elég kicsi és elég közel kering a csillagához, akkor a röntgen és UV sugárzás néhány száz millió év alatt el tudja bontani ezt a légkört. Ennek eredményeként maradna vissza egy szuperföldnél jóval kisebb sugarú kőzetbolygó, ami elméletben meg tudna tartani maga körül egy relatíve vékony atmoszférát (a mienkhez hasonlóan).

A mini-Neptunuszok és szuperföldek közti rést máshogy is lehet magyarázni. Például elképzelhető, hogy a kisebb kőzetbolygók sosem gyűjtöttek elegendő gázburkot maguk köré, a mini-Neptunuszok pedig lehetnek víz borította bolygók, amik nincsenek hidrogéngázzal körülvéve. A két mini-Neptunusz, amiket fölfedeztek és szökik a légkörük, az első közvetlen bizonyítéka annak az elméletnek, hogy a mini-Neptunuszok valóban szuperföldekké alakulnak.

A TOI 560.01 mini-Neptunusz elszökő légkörének animációja. A bolygó kötötten kering a csillaga körül 0,06 csillagászati egység távolságra, tehát mindig ugyanazzal az ,,oldalával” fordul felé. (Forrás: W. M. Keck Observatory / Adam Makarenko)

Az elszökő légköröket a csillagaik fedése közben sikerült detektálni. A bolygókat nem lehet közvetlenül megfigyelni, viszont mikor a Földről nézve elhaladnak a csillaguk előtt, akkor a légkörük molekulái elnyelik a csillag fényét, ami jellegzetesen megjelenik a felvett spektrumban. A TOI 560.01 bolygó légkörében héliumot találtak, míg a HD 63433 c jelű külső bolygóéban hidrogént; érdekes, hogy a belül keringő HD 63433 b bolygó légköréből nem tudtak hidrogént kimutatni. Elképzelhető, hogy a csillaghoz közelebb keringő HD 63433 b már elveszítette a légkörét.

Az elszökő gáz sebességéből megerősítették, hogy valóban a légkör párolgását figyelték meg. A TOI 560.01 légköri héliuma 20 km/s sebességgel mozog, míg a HD 63433 c bolygónál megfigyelt hidrogén 50 km/s-mal szökik. Ezeknek a mini-Neptunuszoknak nem eléggé erős a gravitációs vonzása ahhoz, hogy ilyen gyorsan mozgó gázt meg tudjanak fékezni. A légkörvesztés előrehaladottságáról is árulkodnak az adatok: a TOI 560.01 bolygó gázburkának sugara legalább 3,5-szerese a bolygó sugarának, míg a HD 53433 c esetében ez az arány legalább 12-szeres.

A további megfigyelésekből derült ki, hogy a TOI 560.01 bolygóról szökő gáz a csillag felé áramlik; a következő lépésben azt tervezik vizsgálni, hogy ez más mini-Neptunuszokra is jellemző, vagy ez az eset kivétel. A cikkek szerzőinek elmondása szerint, mivel exobolygókkal foglalkoznak, már megtanultak számítani arra is, amire nem számított senki. Az exobolygók világa roppant egzotikus, egymás után lepik meg a kutatói társadalmat olyan fizikai folyamatokkal, amiket a saját Naprendszerünkben nem látunk.

Forrás: Caltech