Új korszakot nyitott az exobolygók kutatásában a James Webb-űrteleszkóp, miután először mutatott ki egyértelműen szén-dioxidot egy Naprendszeren kívüli bolygó légkörében. A napszerű csillag körül keringő gázóriás tőlünk 700 fényévnyire található, az eredmények pedig a bolygó összetételéről és keletkezéséről mesélnek nekünk. A mérésekről beszámoló tanulmányt a Nature tudományos folyóiratba fogadták el publikálásra. A cikk bizonyítja, hogy a Webb-űrteleszkóp a jövőben kisebb kőzetbolygók vékonyabb légkörében is képes lehet kimutatni, illetve megmérni a szén-dioxid mennyiségét.

A WASP-39 b jelű forró gázóriás tömege körülbelül a Jupiter egy negyedével egyezik meg (vagyis körülbelül a Szaturnusz tömegével egyenlő), átmérője pedig 1,3-szorosa a Jupiterének. Az extrém felfúvódottságot részben magas hőmérséklete okozza (kb. 900 °C). A mi Naprendszerünk hűvösebb és kompaktabb gázóriásával ellentétben a WASP-39 b nagyon közel kering a csillagához (körülbelül a Merkúr – Nap távolság egy nyolcada), amit így kb. 4 földi nap alatt kerül meg. A bolygót 2011-ben fedezték fel földi távcsövekkel, mikor a csillaga előtt áthaladva kis csökkenést okozott annak fényében (bolygótranzit).

A James Webb űrteleszkóp közeli infravörös tartományban érzékeny spektrográfjának (NIRSpec) mérésein látható a WASP-39 csillagrendszer fényességváltozása három különböző hullámhosszon (különböző színekkel jelölve). (Forrás: NASA, ESA, CSA, L. Hustak (STScI); Tudományos feldolgozás: The JWST Transiting Exoplanet Community Early Release Science Team)

Más teleszkópok, mint például a Hubble-űrteleszkóp vagy a Spitzer-űrteleszkóp mérései már kimutatták vízpára, nátrium és kálium jelenlétét a WASP-39 b légkörében. A Webb-űrteleszkóp páratlan infravörös érzékenységének köszönhetően pedig most már a szén-dioxid létezését is megerősíthették. A WASP-39 b bolygóhoz hasonló fedési exobolygók, amiknek a pályája nem felülről, hanem közel éléről látszik tőlünk nézve, egyedi lehetőséget biztosítanak a bolygók légkörének megfigyelésére. Fedés közben ugyanis a központi csillag fényének egy részét kitakarja a bolygó, egy része pedig áthalad az exobolygó légkörén (transzmisszió).

A WASP-39 b spektruma a Webb-űrteleszkóp NIRSpec spektrográfjának mérései alapján, rajta a szén-dioxid első egyértelmű felfedezésével egy exobolygó légkörében. (Illusztráció: NASA, ESA, CSA, L. Hustak (STScI); Tudományos munka: The JWST Transiting Exoplanet Community Early Release Science Team)

Mivel a különböző gázok különböző hullámhosszakon nyelik el a fényt, így a légkörön áthaladó fény kis fényességkülönbségeit analizálva meghatározható a bolygó légkörének összetétele. A felfúvódott légkörnek és gyakori fedéseinek köszönhetően a WASP-39 b ideális célpontja az ilyen spektroszkópiai méréseknek.

A kutatáshoz a Webb közeli infravörös tartományon érzékeny NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) spektrográfját használták. A kapott exobolygó spektrumban egy kisebb csúcs látható 4,1 és 4,6 mikron között, ami az első egyértelmű bizonyítéka a szén-dioxidnak egy Naprendszeren kívüli bolygó légkörében. Eddig még egyetlen obszervatóriumban sem sikerült ilyen részletességgel kimérni egy exobolygó transzmissziós spektrumát a 3 és 5,5 mikron közti tartományon. A spektrum e tartománya különösen fontos a víz, metán és szén-dioxid gyakoriságának meghatározásában.

Egy bolygó légköri összetételének megértésével a bolygó keletkezéséről és fejlődéséről is többet tudhatunk meg. A szén-dioxid érzékeny nyomjelzője a bolygók történetének, kimérésével megállapítható, hogy mennyi szilárd és mennyi légnemű anyagból keletkezett a gázóriás. A következő évtizedben a James Webb-űrteleszkóp rengetegféle bolygót fog részletesen megvizsgálni, így egyben arra is fény derül majd, mennyire egyediek a mi Naprendszerünk bolygói.

A NIRSpec adatokat az Early Release Program keretein belül hozták nyilvánosságra, melynek célja, hogy az elvégzett mérések adatait gyorsan elemezzék és fejlesszenek különböző, szabad forráskódú eszközöket azok feldolgozására. Ez lehetővé teszi, hogy az egész világról hozzájáruljanak az új felfedezésekhez, biztosítva, hogy az elkövetkező évtizedek megfigyeléseiből a lehető legjobb tudományos eredmények születhessenek.

Forrás: NASA JPL
Borítókép: A WASP-39 b gázóriás illusztrációja (forrás: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI))