Az Európai Déli Obszervatórium (European Southern Observatory – ESO) Nagyon Nagy Távcsövével (Very Large Telescope – VLT) fedezték fel a csillagászok az eddig távoli bolygón megfigyelt legnehezebb elem, a bárium jelenlétét két exobolygó légkörében. Az ultraforró WASP–76 b és WASP–121 b Naprendszeren túli gázóriás bolygók felsőlégkörében kimutatott bárium a kutatókat is meglepte. A váratlan felfedezés további kérdéseket vet fel ezeknek az egzotikus bolygóknak a légkörével kapcsolatban.

Fantáziarajz egy ultraforró exobolygóról, vagyis egy Naprendszeren kívüli bolygóról, amint éppen készül átvonulni a központi csillaga előtt. Miközben a csillag fényének egy része áthalad a bolygó légkörén, a gázréteget alkotó kémiai elemek és molekulák megszűrik a fényt. Kellően érzékeny műszerekkel ezeknek a kémiai anyagoknak a nyomai a Földről is kimutathatóak a csillag fényében. Forrás: ESO/M. Kornmesser.

„Várakozásainkkal ellentétes és elgondolkodtató kérdés, hogy vajon mit keres egy ilyen nehéz elem ezeknek az exobolygóknak a felsőlégkörében” – kezdi mondandóját Tomás Azevedo Silva, a portugáliai Portói Egyetem doktorandusz hallgatója, valamint az Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) munkatársa, a ma az Astronomy & Astrophysics csillagászati szakfolyóiratban megjelenő tanulmány vezető szerzője.

A WASP–76 b és a WASP–121 b nem hétköznapi exobolygók. Mindkettő ultraforró Jupiter-típusú égitest, minthogy méretük a Jupiterhez hasonló, míg felszíni hőmérsékletük rendkívül forró, több mint 1000 °C. Ennek az az oka, hogy nagyon közel keringenek a központi csillagukhoz, ami azzal is jár, hogy keringési periódusuk mindössze 1–2 nap. Ez egészen különleges légköri jelenségeket okoz rajtuk. A csillagászok például azt gyanítják, hogy WASP–76 b-n vaseső hullik.

Fantáziarajz a WASP–76 b éjszakai oldaláról. A művész elképzelése szerint valahogy így nézhet ki a WASP–76 b exobolygó éjszakai oldala. Az ultraforró gázóriás egyik félgömbjén állandóan nappal van, és itt a hőmérséklet 2400 Celsius-foknál is forróbb lehet. Ilyen magas hőmérsékleten még a fémek is elpárolognak. A viharos szelek a vasgőzt a hűvösebb éjszakai oldalra is eljuttatják, ahol a gázból vascseppek csapódnak ki. Az ábra bal oldalán az éjszakát a nappaltól elválasztó terminátort láthatjuk. Forrás: ESO/M. Kornmesser.

Ám még ezek tudatában is meglepte a csillagászokat a bárium felfedezése a WASP–76 b és a WASP–121 b felsőlégkörében, hiszen ez az elem még a vasnál is 2,5-szer nehezebb. „Tekintettel a bolygók rendkívül erős gravitációjára, azt vártuk volna, hogy a báriumhoz hasonló nehéz elemek gyorsan leülepszenek a légkör alsóbb rétegeibe” – hangsúlyozza Olivier Demangeon, szintén a Portói Egyetem és az IA munkatársa, a tanulmány egyik társszerzője.

„Bizonyos értelemben egy ‘véletlen’ felfedezés volt ez” – magyarázza Azevedo Silva. – „Nem vártuk, illetve nem kerestük kifejezetten a báriumot, és gondosan ellenőriztük, hogy a jel valóban a bolygóról származik, hiszen ilyet még sosem láttunk egyetlen exobolygónál sem.”

Az, hogy két ultraforró Jupiter légkörében is báriumot találtak a kutatók, azt jelzi, hogy ez a bolygótípus még a korábban gondoltnál is különlegesebb lehet. Noha esetenként a saját Földünk légkörében is láthatunk báriumot – a tűzijátékok ragyogó zöld színeinek formájában –, a kutatóknak arra a kérdésre kell választ találniuk, hogy vajon milyen természetes folyamat révén kerülhetett ez a nehéz elem az exobolygók légkörének legfelső régióinak magasságába. „Pillanatnyilag nem vagyunk biztosak benne, hogy milyen folyamatokról lehet szó” – ismeri el Demangeon.

Az exobolygólégkörök vizsgálatában az ultraforró Jupiterek nagyon hasznos célpontoknak bizonyultak. Demangeon elmondása szerint „mivel forróak és gázok alkotják őket, ezeknek a bolygóknak a légköre nagyon kiterjedt, így könnyebb tanulmányozni őket, mint a kisebb és hűvösebb bolygókét.”

Egy exobolygó légkörének kémiai összetételét csak nagyon speciális műszerekkel tudjuk meghatározni. A kutatócsoport a chilei ESO VLT-n működő ESPRESSO nevű műszerrel dolgozott, amivel WASP–76 b, valamint a WASP–121 b központi csillagainak a bolygójuk légkörén átszűrődő fényét vizsgálták. Ezáltal több elem, köztük a bárium jelenlétét is egyértelműen ki tudták mutatni.

Ezek az új eredmények azt mutatják, hogy az exobolygólégkörökkel kapcsolatos kérdéseknek ma még csak a felszínét kapargatjuk. A műszerek következő generációjával, mint például a nagy felbontású ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph (ANDES) nevű, az ESO épülőben lévő Rendkívül Nagy Távcsövén (Extremely Large Telescope – ELT) működő leendő spektrográffal már nagy és kicsi, köztük a Földhöz hasonló kőzetbolygók légkörét is sokkal mélyebben, részletesebben tudják majd elemezni a csillagászok. Így hamarosan még sokkal többet fogunk megtudni e különleges világokról.

Forrás: ESO