Louis-Philippe Coulombe, a Montreali Egyetem doktorandusza a Webb-űrtávcső NIRISS műszerének segítségével feltérképezte a WASP-18b jelű rejtélyes exobolygó légkörét.

A Földtől 400 fényévre lévő WASP-18b exobolygó művészi illusztrációja. (Forrás: NASA/JPL-CALTECH/K. Miller/IPAC)

400 fényévre tőlünk van egy rejtélyes exobolygó, amit a kutatók már a 2009-es felfedezése óta vizsgálnak. A WASP-18b jelű planéta a Napnál kicsit nagyobb csillagát csupán 23 óra alatt kerüli meg. Nincs a Naprendszerben ehhez hasonló bolygó.

A Montreáli Egyetem doktorandusza által vezetett új kutatás ezt az exobolygót vizsgálta a Webb-űrtávcső NIRISS műszerének adatai alapján. Kiderült, hogy a Jupiternél tízszer nagyobb tömegű gázóriás számos meglepetést rejteget.

A nemzetközi kutatócsoport vízpárát azonosított a WASP-18b légkörében, és feltérképezte a planéta hőmérsékletét, ahogy az elbújt a csillaga mögött, majd újra előbukkant. Ezt az eseményt hívjuk okkultációnak, azaz másodlagos fogyatkozásnak. A kutatók mérik a csillagról és a bolygóról érkező együttes fényt, és amikor a bolygó elbújik a csillaga mögött, csak a csillag fénye marad meg.

Az exobolygó mindig ugyanazzal az oldalával fordul a csillaga felé, ahogy például a Hold a Föld felé. A planéta hőmérsékleti térképe hatalmas, 1000 fokos eltérést mutat a nappali oldal legforróbb pontja és a terminátor között. Ez utóbbi az a vonal, amely a kötött keringésű bolygó nappali és éjszakai oldalát elválasztja.

„A Webb-űrtávcső érzékenységének köszönhetően sokkal részletesebb térképeket készíthetünk a WASP-18b-hez hasonló forró óriásbolygókról, mint korábban. A Webbel most először térképeztek fel egy exobolygót, és nagyon izgalmas látni, hogy néhány dolog, amit a modelljeink megjósoltak, mint például a hőmérséklet nagy mértékű csökkenése a csillag felé néző oldaltól távolodva, pontosan látható az adatokban.” – mondta Megan Mansfield (University of Arizona), az eredményeket közlő tanulmány egyik társszerzője.

A kutatók feltérképezték a hőmérsékleti gradienseket az exobolygó nappali oldalán. Tekintettel arra, hogy mennyivel hűvösebb a bolygó a terminátornál, valami megakadályozhatja a szeleket abban, hogy hatékonyan szállítsák a hőt az éjszakai oldal felé. Az még rejtély, hogy mi ez az akadályozó tényező.

Infografika arról, hogyan használják a csillagászok az exobolygó tranzitokat és fogyatkozásokat arra, hogy még többet tudjunk meg a távoli világokról. (Forrás: NASA/JPL-CALTECH/R. HURT)

„A WASP-18b fényességtérképe a kelet-nyugati szelek hiányát mutatja, ami a modellek alapján a légmozgás fékeződésére utal. Az egyik lehetséges magyarázat az, hogy a bolygónak erős mágneses tere van, ami nagyon izgalmas felfedezés lenne.” – mondta a tanulmány társszerzője, Ryan Challener (University of Michigan).

A fogyatkozási térkép egyik magyarázata szerint a mágneses tér kényszeríti a szeleket, hogy a bolygó egyenlítőjétől felfelé, az északi pólus felé fújjanak, aztán le, a déli póluson keresztül, ahelyett, hogy kelet-nyugati irányban fújnának, ahogy azt várnánk.

A kutatók a gázóriás légkörének különböző rétegeiben mérték meg a hőmérsékleti változásokat. Azt találták, hogy a hőmérséklet a magasság függvényében változik akár több száz fokkal is.

Az exobolygó légkörének spektruma egyértelműen mutat több kisebb, de pontosan mérhető jelet, amelyek víz jelenlétére utalnak a közel 2700 Celsius-fokos extrém hőmérséklet mellett. Ez olyan magas hőmérséklet, amely széttépi a vízmolekulák többségét, így a megmaradt víz kimutathatósága a Webb kivételes érzékenységéről árulkodik. A WASP-18b légkörében megfigyelt víz mennyisége arra utal, hogy a vízgőz különböző magasságokban van jelen.

A kutatók úgy jutottak hozzá a WASP-18b termikus emissziójának spektrumához, hogy a Webb-űrtávcső NIRISS SOSS műszerével megmérték, mennyi energiát sugároz a 0,85–2,8 mikronos hullámhossztartományban. Ide esik az exobolygó teljes energiakibocsátásának 65%-a. A WASP-18b nappali oldala annyira meleg, hogy ott a vízmolekulák szétbomlanak. A Webb így is közvetlenül megfigyelte a bolygón jelenlévő, csekély mennyiségű vízgőzt, köszönhetően rendkívüli érzékenységének. (Forrás: NASA/JPL-CALTECH/R. Hurt)

„Nagyon jó érzés volt először látni a WASP-18b Webbel rögzített spektrumát, és a kevés, de pontosan mérhető vízre utaló nyomot.” – mondta az eredményeket ismertető szakcikk vezető szerzője, Louis-Philippe Coulombe. „Az ilyen mérésekkel képesek leszünk a legkülönbözőbb típusú bolygókon kimutatni ezeket a molekulákat.” – tette hozzá Björn Benneke (UdeM), a cikk társszerzője, aki 2016 óta vezet világszerte kutatásokat a WASP-18b-ről.

A csillagászok nagyjából hat órán át figyelték meg a WASP-18b-t a Webb NIRISS műszerével. „Mivel a spektrumban a vízre utaló jelek nagyon gyengék, a korábbi megfigyelések során nehéz volt azonosítani őket. Ez tette igazán izgalmassá, hogy végre megláthattuk a víz jeleit a Webbel.” – mondta Anjali Piette, az új cikk egyik társszerzője.

A WASP-18b-t az teszi érdekes célponttá, hogy közel van hozzánk és a csillagához is, ráadásul nagy a tömege. Ez az egyik legnagyobb tömegű exobolygó, amelynek vizsgálhatjuk a légkörét. A csillagászok szeretnék megtudni, hogy miképpen alakulhatnak ki hozzá hasonló bolygók a rendszerükben. Erre is ad néhány kezdetleges választ a Webb-űrtávcső.

„A WASP-18b spektrumának elemzésével nemcsak a légkörében található különböző molekulákat ismerhetjük meg, de keletkezésének módját is. Megfigyeléseink alapján úgy látszik, hogy a WASP-18b összetétele nagyon hasonít a csillagéhoz, ami azt jelenti, hogy nagy valószínűséggel abból a maradványgázból alakult ki, amely a csillag születése után jelen volt még.” – mondta Coulombe. „Ezek az eredmények nagyon fontosak abból a szempontból, hogy világos képet kapjunk az olyan különös bolygók létrejöttéről, amelyeknek nincs megfelelőjük a Naprendszerben. Ilyen a WASP-18b is.”

Forrás: University of Montreal