Gyönyörű, glóriához hasonlatos, színes fénygyűrű lehetséges jelenlétét mutatták ki a kutatók egy exobolygó légkörében. A fénygyűrű színes, koncentrikus fénykörökből álló légköri alakzat, ami csak különleges feltételek egyidejű teljesülésekor jöhet létre.

Ezt a rendkívüli, ritkán látható gyűrűt a WASP-67b nevű, a Földtől 637 fényévnyi távolságban keringő, pokolian forró gázóriás atmoszférájában sikerült kimutatni az Európai Űrügynökség (European Space Agency, ESA) kifejezetten exobolygók vizsgálatára specializálódott CHEOPS (Characterizing ExOplanet Satellite) űrtávcsövének és más távcsövek adatainak elemzéséből.

A WASP-67b fénygyűrűjének művészi ábrázolása. (Forrás: ESA.)

Bár ezt a jelenséget a Föld légkörében is megfigyelhetjük, más bolygókon még csak egyszer sikerült kimutatni, mégpedig a Vénusz légkörében. Rendkívüli eredménynek bizonyul az, hogy most egy Naprendszeren kívüli bolygón fedeztek fel fénygyűrűt: a légköri glória tulajdonságainak ismeretében a kutatók következtetéseket vonhatnak le egy rejtélyes, távoli világ eddig ismeretlen tulajdonságait illetően.

A CHEOPS űrtávcső adatai szerint a glóriát viselő WASP-76b bolygó kötött keringésű, tehát az egyik oldalán mindig sötétség és éjszaka uralkodik, a másik oldalán pedig nappal van. Fénygyűrű a szivárványhoz hasonlóan akkor jöhet létre, amikor a fény visszaverődik az – egyelőre még ismeretlen összetételű – felhőkről.

Olivier Demangeon, a kutatás vezetője szerint nem véletlen, hogy mindmáig nem láttunk ilyen jelenséget más bolygó felszínén: „A fénygyűrű létrejöttéhez különleges feltételeknek kell teljesülniük. Először is fontos, hogy a légkör stabil, részecskéi pedig teljesen egyformák és közel gömb alakúak legyenek. Másodszor a központi csillagnak pontosan olyan szögben kell rávilágítania a bolygóra, hogy a megfigyelő – esetünkben a CHEOPS űrtávcső – megfelelő irányból nézzen rá.”

Ha bizonyítják a jelenlétét, ez a szépséges fénygyűrű tökéletes eszközéül szolgálhat a bolygó, illetve az azt megvilágító csillag részletesebb vizsgálatának.

„Amit fontos szem előtt tartanunk, az a méretskála, amiről jelen esetben beszélhetünk.” – magyarázta a kutatásban résztvevő Matthew Standing. – „A WASP-76b egy több száz fényévnyi távolságban található óriásbolygó, felszíne pedig olyan forró, hogy felhőiből nagy valószínűséggel folyékony vas hullik csapadék gyanánt. Ezen pokoli, kaotikus körülmények között sikerült egy glóriaszerű fénygyűrű lehetséges jelenlétét kimutatnunk. A jel bár nagyon gyenge és halvány, csalhatatlanul megjelenik a mérési adatokban.”

Ez az eredmény is szemlélteti, hogy a CHEOPS űrtávcső milyen rendkívüli, sosem látott jelenségek megfigyelésére képes.

Egy vénuszi (bal oldalt) és egy földi (jobb oldalt) fénygyűrű szimulációval készített képe. (Forrás: C. Wilson/P. Laven, European Space Agency.)

A pokoli bolygó különleges fénygörbéje

A WASP-76b egy ultra-forró, Jupiter-típusú gázóriás. Noha tömege 10%-kal kisebb Naprendszerünk legnagyobb bolygójáénál, a mérete majdhogynem kétszerese annak. Gazdacsillagát kötött keringéssel járja körül, mégpedig 12-szer közelebbről, mint a Merkúr a Napot, amelynek következtében az exobolygó a csillagából érkező erős sugárzás hatására felfúvódott.

2013-as felfedezése óta a WASP-76b intenzív kutatások tárgya, és máig egy rendkívüli módon pokoli kép alakult ki róla. A bolygó egyik oldala mindig szembefordul a központi csillaggal, így az ottani hőmérséklet elérheti a 2400 °C-ot. Ilyen körülmények között azok az elemek, amelyek a Földön kőzeteket alkotnak, a WASP-76b felszínén elolvadnak és elpárolognak, majd a kicsit „hűvösebb” éjszakai oldalon kicsapódva vasfelhőket hoznak létre, amelyből vaseső esik.

Ezek mellett rejtélyesnek tűnt a bolygóval kapcsolatban, hogy a központi csillaga előtt elhaladva a kutatók furcsa, aszimmetrikus, „végtagszerű” formákat véltek felfedezni légkörében. Több távcső, például a NASA TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), Hubble és Spitzer űrtávcsöve is vizsgálta a bolygót korábban, ám a CHEOPS és a TESS adatainak együttes vizsgálatából világlott ki a glóriaszerű fénygyűrű alakja. A CHEOPS intenzíven mintavételezte a WASP-76b bolygónak a csillaga előtt történő elhaladását: 3 év alatt 23 mérést készített a tranzitról. Ezen adatok elemzésével sikerült kimutatni, hogy a bolygó keleti terminátorvonala (az a vonal a bolygó felszínén, ami elválasztja egymástól a nappalt és az éjszakát) meglepően fényesnek bizonyul. Ez lehetőséget biztosított a kutatóknak a jel eredetének meghatározására.

„Most először figyeltünk meg ilyen éles változást meg egy exobolygó fedési fénygörbéjén.” – mondta Olivier. – „Ennek alapján arra következtetünk, hogy a rendkívüli fényjelenséget egy erős, lokalizált, irányfüggő visszaverődési jelenség, egy fénygyűrű okozza.”

Mire utalhat a fénygyűrű jelenléte?

Noha a fénygyűrű a szivárványhoz hasonló mintázatot vesz fel, a két jelenség mégsem teljesen ugyanaz. Szivárvány akkor alakul ki, amikor a fény különböző sűrűségű közegeken, például levegőn és vízen halad át, ami fénytöréshez vezet. Ekkor a fény különböző hullámhosszú komponensei más és más irányban hajlanak el, s ilyen módon a fehér fény a szivárvány színeire bomlik.

Ezzel szemben fénygyűrű akkor jön létre, amikor a fény egy keskeny résen halad át, például egy felhő, vagy köd cseppjei között. A fény útja ekkor is meghajlik, és ennek következtében színes, koncentrikus körökből álló interferenciamintázat jön létre, amelyben sötét és világos régiók váltják egymást.

Hamisszínes kompozitkép a Vénusz 2011. július 24-ei fénygyűrűjéről. (Forrás: ESA/MPS/DLR/IDA.)

Ha sikerülne bizonyítani a fénygyűrű jelenlétét, arra következtethetnénk, hogy az exobolygó légkörének felhői csaknem tökéletesen gömb alakú cseppekből állnak, amelyek legalább 3 éven keresztül fennmaradtak vagy újratermelődtek. Ahhoz, hogy ilyen felhők létrejöhessenek, a légkör hőmérsékletének hosszú időn keresztül közel állandónak kell lennie. A fénygyűrű detektálásával tehát sikerült rávilágítani arra, hogy a WASP-76b bolygón különleges körülmények uralkodnak.

Ami talán még ennél is fontosabb, a glória észlelése megmutatja azt is, hogy milyen nagy jelentőséggel bírhatnak ezek az elképesztő, ámde nagyon nehezen kimutatható légköri jelenségek. Így például akár a folyókról vagy tavakról visszaverődő fényt is kimutathatjuk, ami a bolygó lakhatóságának elengedhetetlen feltétele.

A fénygyűrű létezésének egyértelmű bizonyításához azonban további mérések szükségesek, például a James Webb-űrtávcsővel vagy az ESA elkövetkező Ariel távcsövével.

A vizsgált exobolygó különböző műszerekkel felvett fedési fénygörbéje. Ezek modellezéséből következtettek a kutatók a bemutatott eredményekre. (Forrás:aanda.org)

Az itt leírt eredmények az Astronomy & Astrophysics című folyóiratban jelentek meg.

Az eredeti cikk itt olvasható.