A Naprendszerünkben keringő gázóriások jellemzői egyértelmű mintázatot mutatnak: minél nagyobb tömegű egy bolygó, annál kisebb a „nehéz elemek” (a hidrogénen és a héliumon kívüli elemek) százalékaránya a légkörében. Egy nemzetközi kutatócsoport rájött, hogy a galaxis más részein az óriásbolygók légkörének összetétele változatosabb ennél.

A kutatók a NASA James Webb-űrtávcsövével vizsgálták a HD149026b jelű exobolygó légkörét. A Naphoz hasonló csillag körül keringő, úgynevezett forró Jupiter bővelkedik nehezebb elemekben, szénben és oxigénben – messze meghaladva azt az arányt, amit a csillagászok egy ilyen tömegű bolygótól várnának. Ráadásul a HD149026b, más néven Smertrios szén–oxigén aránya is nagyobb annál, mint amit a Naprendszerben megszoktunk.

A kutatók március 27-én a Nature című folyóiratban számoltak be a felfedezésről, ami az első lépés afelé, hogy hasonló méréseket végezzenek exobolygók nagy mintáján, és statisztikai trendeket keressenek. Ezzel betekintést nyerhetünk a bolygókeletkezés folyamatába is.

A HD 149026b jelű forró Jupiter hőmérséklete nagyjából háromszor akkora, mint amit a Vénusz kőzet-felszínén mérhetünk, pedig utóbbi a Naprendszer legforróbb bolygója. (Forrás: NASA/JPL-Caltech)

„Úgy tűnik, hogy minden óriásbolygó más, és a Webb-űrtávcsőnek köszönhetően most már kezdjük is látni ezeket a különbségeket.” – mondta Jonathan Lunine (Cornell University), a tanulmány társszerzője. „Tanulmányunkban meghatároztuk a nehezebb molekulák arányát a gáz elsődleges összetevőjéhez, vagyis a hidrogénhez képest, ami a Világegyetem leggyakoribb eleme. Ez elég sokat elárul arról, hogyan keletkezett a bolygó.”

Naprendszerünk óriásbolygóinál csaknem tökéletesen összefügg az összetétel, a légkör összetétele és a tömeg, mondta el Jacob Bean (University of Chicago), a tanulmány vezető szerzője. A Naprendszeren kívüli bolygók összetétele sokkal nagyobb változatosságot mutat, de nem tudtuk, mi a helyzet a légkörük változatosságával, amíg a HD149026b-ét nem elemezték.

„Egyértelműen megmutattuk, hogy a Naprendszeren kívüli óriásbolygók légköri összetétele nem követi azt a mintázatot, ami a Naprendszerben teljesen tisztán megfigyelhető.” – mondta Beam. „A Naprendszeren kívüli óriásbolygók légkörének összetétele nagy változatosságot mutat, ahogy általános összetételük is.”

A Smertrios légköre például a bolygó tömegéhez képest nagyon gazdag a nehezebb elemekben. „Akkora a tömege, mint a Szaturnuszé, de úgy tűnik, hogy a légkörében a nehéz elemek aránya a hidrogénhez és a héliumhoz képest 27-szer akkora, mint amit a Szaturnuszon találunk.” – mondta Lunine.

Ez az arány, amit fémességnek nevezünk (annak ellenére, hogy olyan elemeket is értünk alatta, amelyek a klasszikus értelemben nem fémek), arra is használható, hogy összehasonlítsunk egy bolygót a csillagával vagy egy másik bolygóval az adott rendszerben. Ebben a rendszerben a Smertrios az egyetlen ismert planéta.

Egy másik kulcsfontosságú mérőszám a szén és az oxigén aránya egy bolygó légkörében, amely megmutatja a bolygórendszer eredeti szilárd anyagainak „receptjét”, mondta Lunine. A Smertrios esetében ez körülbelül 0,84 – magasabb, mint a Naprendszerben. A mi Napunkban valamivel több, mint két oxigénatomra jut egy szénatom (itt az arány 0,55).

„Ezek a megfigyelések együttesen egy olyan bolygóképző korongról árulkodnak, amely tele volt szénben gazdag szilárd anyagokkal.” – mondta Lunine. „A HD149026b a kialakulása során ebből nagy mennyiséget szedett magára.”

Bár úgy tűnhet, hogy a szénben gazdag környezet kedvez az élet kialakulásának, a nagy szén–oxigén arány valójában azt jelenti, hogy kevesebb víz van a bolygón vagy a bolygórendszerben – ez pedig probléma lehet az általunk ismert élet számára.

A Smertrios érdekes első példája ennek a légkör-összetételnek, mondta Lunine, aki azt tervezi, hogy a következő év során további öt óriás exobolygót figyel meg a Webb-űrtávcső segítségével. Sok megfigyelési adatra van szükség ahhoz, hogy a csillagászok összefüggéseket fedezzenek fel az óriásbolygók között, illetve azokban a rendszerekben, amelyekben több óriásbolygó vagy földszerű bolygó található. Az összetételek változatosságát még csak most kezdjük megismerni.

„Ennek a sokféleségnek az eredete a bolygók kialakulásáról szerzett ismereteink egyik fehér foltja.” – mondta Bean. „Azt reméljük, hogy a Webb-űrtávcsővel végzett további légkör-megfigyelések által számszerűsíthetjük ezt a sokféleséget, és feltárhatjuk az esetleges rejtett összefüggéseket.”

Forrás: Cornell University