Csupán 200 fényévre tőlünk van egy exobolygó, amelynek sűrűsége a hungarocellhez hasonló, és felhőit homok alkotja. Vajon hogyan lehetséges ez?

Művészi illusztráció a WASP-107b jelű exobolygóról. (Michiel Min / European MIRI EXO GTO team / ESA / NASA / Klaas Verpoest (LUCA School of Arts, Belgium)

Olyan különös világ ez, amilyenről még a science-fiction írók sem álmodtak: a hungarocellnél csak kétszer sűrűbb exobolygót apró porszemcsékből álló, magas szintű felhőzet vonja be. A planéta 200 fényévre van tőlünk a Szűz (Virgo) csillagkép irányában.

A WASP-107b jelű exobolygót 2017-ben fedezték fel a dél-afrikai Wide Angle Search for Planets (WASP) program keretében. Az alacsony sűrűségű planéta 5,7 nap alatt kerüli meg a csillagát, amelytől 0,06 csillagászati egység távolságra kering (vagyis hatszor olyan közel, mint a Merkúr a Naphoz). A korábbi megfigyelések során a csillagászok kimutatták, hogy mérete majdnem a Jupiterével egyező, de tömege csupán a Neptunuszénak felel meg.

A kutatók korábban a Hubble-űrtávcső segítségével sikeresen azonosították a bolygó kiterjedt légkörében a vízgőzt és a héliumot. Arra is rájöttek, hogy a csillag erős sugárzása miatt a légkör lassanként az űrbe szivárog. A James Webb-űrtávcsővel nemrégiben végzett vizsgálatok azonban újabb meglepetéseket tartogatnak.

Egy nemzetközi kutatócsoport 2023 januárjában rögzítette az említett űrtávcsővel a WASP-107b spektrumát, miközben az elhaladt a csillaga előtt. A kutatás eredményeiről a Nature című lapban számoltak be.

A csillagászok két meglepő felfedezést is tettek: a Webb-űrtávcső MIRI műszere a kén-dioxid jóval nagyobb koncentrációját fedte fel, mint korábban hitték, és kiderült, hogy a metán azonban teljesen hiányzik a légkörből.

Leen Decin (KU Leuven, Belgium), a kutatócsoport tagja szerint a nagy arányú kén-dioxid jelenléte magyarázható a bolygó légkörének rendkívül alacsony sűrűségével. „A csillag sugárzása sokkal mélyebb rétegekbe hatol, és különböző fotokémiai reakciókat indít be.” – magyarázza.

A kutatók szerint az, hogy metánt nem érzékeltek (ami a Naprendszer óriásbolygóinak légkörében bőségesen megtalálható), talán magyarázható azzal, hogy a légkör hőmérséklete meredeken emelkedik, ahogy mélyebbre hatolunk benne. Míg a légkör külső rétegei körülbelül 470 Celsius-fokosak, nagyjából 1000 kilométer mélyen akár az 1000 Celsius-fokot is elérheti a hőmérséklet – másképp a metánmolekulák biztosan kialakultak volna, magyarázza Decin.

A MIRI műszer „homokfelhők” létezésére utaló jeleket is talált a WASP-107b legfelső légköri rétegeiben. Az apró, szilárd szilícium-dioxid szemcsék részben eltakarják a belső rétegek spektroszkópiai jellemzőit. „Ezt még sosem figyelték meg ilyen tisztán.” – mondja Michiel Min (SRON Netherlands Institute for Space Research), a kutatócsoport tagja. Min szerint a bolygó felsőlégkörében olyan nagy lehet a szél sebessége, hogy egy odalátogató űrjárművet a szokatlan felhők úgy szétroncsolnának, mint egy homokfúvó.

Mivel a mikroszkopikus porszemcsék valószínűleg idővel lehullanak, mint az eső, valamiféle atmoszferikus ciklusnak kell működnie az exobolygón, hasonlóan a földi víz körforgásához. A kutatók szerint a légkör mélyebb rétegeiben a szilárd részecskék elpárolognak a nagy hőmérséklet miatt. Ha egy kicsit is mélyebbre megyünk, már jelentősen megnő a hőmérséklet (ahogy arra a metán hiánya utal), így a homoknak nem kell túl mélyre esnie ahhoz, hogy elpárologjon. A vertikális szelek ezután könnyedén visszaszállítják a gázállapotú homokot a felsőlégkörbe, ahol az ismét szilárd részecskékké csapódik ki.

„Van értelme annak, amit a szerzők mondanak.” – kommentálta Sara Seager (MIT) exobolygó-kutató, aki ebben az új kutatásban nem vett részt. „A felsőlégkörben lévő homokszemcsékre utaló jelek azt mutatják, hogy a gázutánpótlás a mélyebb, melegebb rétegekből származik.”

Seager és munkatársai 2000-ben már írtak a homoktartalmú felhőkről, „de mi akkor nem gondoltunk a körforgásra.” – mondja. „Őszintén szólva akkoriban a legtöbb csillagász nem hitte, hogy valaha ennyi exobolygó légkörét ilyen részletesen fogjuk vizsgálni.”

Min szerint még mindig nem egyértelmű, hogy a WASP-107b légkörében miért ilyen nagy a hőmérsékleti gradiens, bár szépen magyarázza a bolygó erősen felfújt jellegét. „Nem lehet a bolygó kialakulásából megmaradt hő.” – mondja. „Ahhoz túl idős. Talán a csillag árapály-hatásai szerepet játszanak benne, de egyelőre nem tudhatjuk.”

„Érdekes lenne több ilyen megfigyeléssel rendelkezni, hogy jobban megértsük, mi hozza létre ezt a ’felfúvódást’, aminek egyelőre nem tudjuk az okát.” – mondja Yamila Miguel (Leiden Observatory), aki nem vett részt a kutatásban. Egy másik izgalmas kérdés szerinte az, hogy milyen lehet a WASP-107b-hez hasonlóan felpuffadt planéták belső magjának összetétele. Vajon főként kőzetből vagy jégből áll? És vajon található benne kis mennyiségű hidrogén és hélium is? „Mivel ez még a Naprendszer óriásbolygóinak esetében sem ismert, az exobolygóknál határozottan nem az.” – mondja.

Seager azonban nagyon lelkes az új eredmények láttán, és úgy véli, hogy még sokkal többre is számíthatunk. „Ez a kutatás bepillantást enged abba, hogy az exobolygó-légkörök milyen sokfélék és összetettek.” – mondja. „Sok minden zajlik ezen a kutatási területen, nem könnyű naprakésznek maradni minden új részlettel kapcsolatban.”

Forrás: Sky & Telescope