A Montreali Egyetem kutatócsoportja bizonyítékot talált arra, hogy egy vörös törpecsillag két exobolygója „vízi világ” lehet: vagyis nagyrészt víz alkothatja őket. A tőlünk 218 fényévre lévő, a Lyra (Lant) csillagképben látszó exobolygók nagyban különböznek Naprendszerünk bolygóitól.

A Carolina Piaulet (University of Montreal) vezette kutatócsoport részletes tanulmányt közölt a Kepler-138-ként ismert rendszerről a Nature Astronomy című lapban.

A Kepler-138d jelű szuperföld (jobbra) illusztrációja. A középen látható vörös törpecsillagtól balra helyezkedik el a Keper-138c jelű exobolygó, a csillag előtt elhaladni látszó planéta pedig a Kepler-138b. (Forrás: NASA, ESA, and Leah Hustak (STScI))

A kutatók a NASA Hubble-űrtávcsövével és a már üzemen kívül helyezett Spitzer-űrtávcsővel figyelték meg a Kepler-138c és Kepler-138d jelű exobolygót, és arra jutottak, hogy mindkettő nagyrészt vízből állhat. A két bolygót és a csillaghoz közelebbi, kisebb, Kepler-138b jelű társukat a Kepler-űrtávcső fedezte fel, de a nemrég végzett vizsgálatok során a kutatók egy negyedik bolygót is felfedeztek.

A Kepler-138c és d jelű exobolygókon nem közvetlenül mutatták ki a víz jelenlétét. A két nagyobb és a kisebb planétát összehasonlították a modellekkel, és arra jutottak, hogy térfogatuk jelentős részét, akár a felét is olyan anyag alkothatja, amely a kőzetnél könnyebb, de a hidrogénnél vagy a héliumnál nehezebb (ezek alkotják a Jupiterhez hasonló gázbolygók zömét). A szóba kerülő anyagok közül a leggyakoribb a víz.

„Először úgy gondoltuk, hogy a Földnél kissé nagyobb bolygókat fém és kőzet alkotja, mintha a Föld felnagyított verziói lennének, ezért hívtuk őket szuperföldnek.” – magyarázta Björn Benneke (University of Montreal). „Most azonban megmutattuk, hogy a Kepler-138c és d teljesen más természetű, térfogatuk nagy része valószínűleg víz. Ez az eddigi legjobb bizonyíték a vízi világok létezésére, egy olyan bolygótípusra, amelyről a csillagászok már régóta sejtik, hogy létezik.”

A két bolygó térfogata több mint háromszorosa a Földének, tömegük pedig kétszerese, tehát sokkal alacsonyabb a sűrűségük, mint a Földé. Ez azért meglepő, mert a Földnél alig nagyobb bolygók többsége, amelyeket eddig behatóan vizsgáltak, a miénkhez hasonló kőzetbolygónak tűnt. A kutatók szerint leginkább a külső Naprendszer jeges holdjai hasonlóak hozzájuk, amelyek szintén nagyrészt kőzetmagot körülvevő vízből állnak.

Az illusztráció a Földet (balra) és a Kepler-138d (jobbra) jelű exobolygót hasonlítja össze. Az exobolygónak a Földhöz hasonlóan van egy fémekből és kőzetből álló magja (barna színnel), de vastag, nagy nyomású vízréteggel is rendelkezik. (Forrás: Benoit Gougeon (University of Montreal))

„Képzeljük el a Jupiter és a Szaturnusz egy-egy vízben gazdag holdját, az Europát és az Enceladust nagyobb méretben, amint egy csillaghoz közel keringenek.” – magyarázta Piaulet. „Jeges felszín helyett vastag vízgőz-burkot találnánk rajtuk.”

Ugyanakkor a kutatók kiemelik, hogy a bolygókon valószínűleg nincsenek a földi óceánokhoz hasonló felszíni vízkészletek. „A Kepler-138d légköri hőmérséklete a víz forráspontja fölött lehet. Úgy gondoljuk, hogy vastag, sűrű, gőzből álló légköre van. Csak ezalatt a gőzlégkör alatt lehet nagy nyomású folyékony víz, vagy úgynevezett szuperkritikus állapotú víz, ami nagy nyomáson keletkezik.” – mondta Piaulet.

2014-ben a Kepler-űrtávcső adataiban fedezték fel a Kepler-138 körül keringő három bolygót. A felfedezést a csillag fényének kimutatható halványulásai tették lehetővé, amelyet az előtte elhaladó bolygók okoznak.

Benneke és munkatársa, Diana Dragomir (University of New Mexico) ötlete volt, hogy 2014 és 2016 között újra megfigyeljék a rendszert a Hubble- és a Spitzer-űrtávcsövekkel. Így a Kepler-138d jelű bolygó több tranzitját rögzíthették, amelyek segítségével vizsgálhatták az exobolygó légkörét.

A két lehetséges vízi világ, a Kepler-138c és d nem a csillag lakhatósági zónáján belül kering, vagyis nem olyan távolságra tőle, hogy a víz folyékony állapotban maradhasson meg egy kőzetbolygó felszínén. A Hubble és a Spitzer adatai azonban arra utalnak, hogy a csillagnak van egy negyedik bolygója is, a lakhatósági zónában keringő Kepler-138e.

Az új bolygó kicsi és távolabb kering a csillagtól, mint a másik három: 38 nap alatt kerüli meg azt. A jellemzői azonban egyelőre ismeretlenek, mert úgy tűnik, hogy nem halad el a csillaga előtt. Az exobolygó tranzitjának megfigyelése lehetővé tenné a csillagászok számára, hogy meghatározzák a méretét.

Most, hogy a Kepler-138e létezésére is fény derült, a kutatók újra meghatározták a korábbi három planéta tömegét az úgynevezett tranzitidő-változás (TTV) alapján. A módszer lényege, hogy azokat az apró változásokat követik nyomon, amelyek a bolygók csillag előtti tranzitjának pontos időpontjaiban következnek be más közeli bolygók tömegvonzásának hatására.

A kutatókat azonban még egy meglepetés várta: kiderült, hogy a két vízi világ, a Kepler-138c és d „ikerbolygók”, vagyis gyakorlatilag azonos méretűek és tömegűek, pedig korábban úgy gondolták, hogy nagy a különbség köztük. A csillaghoz közelebbi bolygó, a Kepler-138b viszont kicsi: akkora, mint a Mars, vagyis az egyik legkisebb ismert exobolygó.

„Ahogy a műszereink és a módszereink elég érzékenyek lesznek ahhoz, hogy megtaláljuk és tanulmányozzuk a csillaguktól távolabb keringő bolygókat, egyre több ilyen vízi világot fogunk találni.” – összegezte Benneke.

Forrás: NASA