Egy nemzetközi kutatócsoport a Webb-űrtávcső segítségével kiszámította a TRAPPIST-1c exobolygóról kiáramló hőenergia mennyiségét. Az eredmények arra utalnak, hogy a kőzetbolygó légköre – ha egyáltalán létezik – nagyon vékony lehet.

Művészi illusztráció a TRAPPIST-1c jelű exobolygóról az alapján, amit tudunk róla. (Illusztráció: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI), Adatok: Sebastian Zieba (MPI-A), Laura Kreidberg (MPI-A))

Nagyjából 110 Celsius-fokos nappali hőmérsékletével a TRAPPIST-1c termális emissziója alapján a leghidegebb kőzet exobolygó, amit ismerünk. A mérésekhez szükséges precizitás jól mutatja, hogy a Webb képes a Naprendszerünk bolygóihoz hasonló méretű és hőmérsékletű planéták vizsgálatára.

Az eredmények egy újabb lépést jelentenek annak eldöntéséhez, hogy a kis vörös törpecsillagok (mint amilyen a TRAPPIST-1, galaxisunk leggyakoribb csillagtípusa) körül keringő bolygók képesek-e fenntartani olyan légkört, ami az élethez szükséges.

„Tudni szeretnénk, hogy a kőzetbolygóknak van-e légkörük.” – mondta Sebastian Zieba (Max Planck Institute for Astronomy), a Nature című szaklapban közzétett tanulmány vezető szerzője. „A múltban csak azokat a bolygókat tudtuk alaposan megvizsgálni, amelyeknek vastag, hidrogénben gazdag légkörük van. A Webbel végre elérhetjük a főként oxigénből, nitrogénből és szén-dioxidból álló légköröket is.”

„A TRAPPIST-1c azért olyan érdekes, mert lényegében a Vénusz ikertestvére: mérete nagyjából megegyezik a Vénuszéval, és hasonló mennyiségű sugárzás éri a csillaga felől, mint a Vénuszt a Naptól.” – magyarázta Laura Kreidberg (Max Planck Institute for Astronomy), a szakcikk társszerzője. „Úgy gondoljuk, hogy a légköre vastag, és főként szén-dioxidból áll, mint a Vénuszé.”

A TRAPPIST-1c egyike annak a hét exobolygónak, amelyek a nagyon hűvös vörös törpecsillag (M típusú törpecsillag) körül keringenek 40 fényévre a Földtől. Bár ezek az exobolygók hasonló méretűek és tömegűek, mint a Naprendszer belső kőzetbolygói, azt nem tudjuk, hogy a légkörük is hasonló-e. Életük első egymilliárd évében az M típusú törpék erőteljes röntgen- és ultraibolya sugárzást bocsátanak ki, ami könnyedén lefújja egy fiatal bolygó légkörét. Ráadásul lehet, hogy a planéták kialakulásakor nem volt rajtuk elég víz, szén-dioxid és más illékony anyagok, amiből számottevő légkör jöhetett volna létre.

A kutatók a Webb MIRI műszerével figyelték meg a TRAPPIST-1 rendszert négy különböző alkalommal, ahogy a bolygó látszólag elhaladt a csillaga mögött. Ezt a jelenséget nevezzük másodlagos fogyatkozásnak. Megmérték a csillag fényességét akkor, amikor a bolygó mögötte van, és akkor, amikor mellette (vagyis a csillag és a bolygó együttes fényét), így ki tudták számítani a 15 mikron hullámhosszú közepes infravörös sugárzás mennyiségét, amit az exobolygó nappali oldala bocsát ki.

Egy másik kutatócsoport ugyanezzel a módszerrel állapította meg, hogy a TRAPPIST-1b, a rendszer legbelső bolygójának valószínűleg egyáltalán nincs légköre.

Egy bolygó közepes infravörös tartományban kibocsátott sugárzása közvetlen kapcsolatban áll a hőmérsékletével, amelyet pedig a légköre befolyásol. A szén-dioxid gáz könnyen elnyeli a 15 mikronos sugárzást, így a bolygó ezen a hullámhosszon halványabbnak tűnik. A felhők viszont visszaverhetik a fényt, így fényesebbé teszik a bolygót, és elfedik a szén-dioxid jelenlétét.

Ezenkívül bármilyen összetételű számottevő légkör átcsoportosítja a hőt a nappali oldalról az éjszakai oldalra, így a nappali oldal hőmérséklete alacsonyabbá válik, mint amilyen légkör nélkül lenne. (Mivel a TRAPPIST-1c nagyon közel kering a csillagához – a Vénusz és a Nap távolságának mindössze ötvened részére –, a kutatók úgy gondolják, hogy kötött keringésű, vagyis az egyik oldala állandó nappali fényben úszik, míg a másik felén örök sötétség honol.)

Bár ezek a kezdeti mérések nem nyújtanak döntő információkat a TRAPPIST-1c természetéről, segítenek leszűkíteni a lehetőségeket. „Az eredményeink összhangban állnak azzal, hogy a bolygó egy csupasz szikla légkör nélkül, vagy esetleg egy nagyon vékony szén-dioxid légköre van (a Föld vagy a Mars légkörénél vékonyabb), felhők nélkül.” – mondta Zieba. „Ha a bolygónak vastag szén-dioxid légköre volna, akkor egy nagyon gyenge másodlagos fogyatkozást figyelhettünk volna meg, vagy egyáltalán nem is láttunk volna másodlagos fogyatkozást. Ennek az az oka, hogy a szén-dioxid az összes 15 mikronos sugárzást elnyelné, így a bolygóról érkező sugárzást nem észlelnénk.”

Az adatok alapján nem valószínű, hogy az exobolygó Vénusz-szerű legyen vastag szén-dioxid légkörrel és kénsavfelhőkkel.

A vastag légkör hiánya arra utal, hogy a planéta viszonylag kevés víz jelenlétében alakult ki. Ha a hűvösebb, mérsékeltebb hőmérsékletű TRAPPIST-1 bolygók hasonló körülmények között keletkeztek, akkor mindegyik kevés vízzel és egyéb, a bolygó lakhatóságához szükséges összetevővel jött létre.

Egy ilyen kis planétán ennyire távolról megkülönböztetni az egyes légkörtípusokat nagyon nehéz, és figyelemre méltó érzékenységű műszereket feltételez. A Webb-űrtávcső által a másodlagos fogyatkozás során érzékelt fényességcsökkenés mindössze 0,04 százalékos volt: ez olyan kis különbség, mintha egy 10 ezer apró izzóból álló lámpára nézve észrevennénk, hogy négy izzó kialudt.

„Rendkívüli, hogy ilyen mérésekre vagyunk képesek.” – mondta Kreidberg. „Már évtizedek óta gondolkodunk azon, hogy a kőzetbolygóknak lehet-e légkörük. A Webb képességeivel végre olyan módon kezdhetjük el összehasonlítani az exobolygó-rendszereket saját Naprendszerünkkel, ahogy korábban sosem.”

Forrás: Webb Space Telescope