A James Webb-űrtávcső újabb szenzációs eredménnyel örvendeztet meg bennünket: sikerült közvetlen képet alkotnia a napjainkig ezzel a módszerrel felfedezett, legkisebb tömegű exobolygóról. A detektáláshoz pedig az űrtávcsőnek versenyt kellett futnia az idővel: a bolygó ugyanis épphogy csak látszott, mielőtt belépett abba a térrészbe, amelyben központi csillaga vakító fénnyel ragyogja túl az elkövetkező 10 évben.

Az AF Leporis b (AF Lep b) exobolygó mindezek mellett egyéb szempontokból is rekordernek minősül: 2023-as felfedezésekor kiderült, hogy tömege kisebb, mint a többi addig ismert exobolygóé, amelyet közvetlen képalkotással fedeztek fel, illetve szintén a legkisebb tömegű, asztrometriai módszerekkel detektált exobolygónak számít. Az asztrometriai módszer lényege egy adott csillag mozgásában bekövetkező apró, periodikus változások detektálása, amelynek kimérésével egy, a rendszerben keringő másik égitest, adott esetben exobolygó jelenlétére következtethetünk.

Bal oldalt: az AF Lep b exobolygóról készített fantáziarajz. Jobb oldalt: az exobolygó a James Webb-űrtávcső felvételén. (Forrás: Robert Lea, Canva program; K. Franson., et al/ the Astrophysical Journal Letters.)

Az AF Lep b nevű bolygó a becslések szerint igen fiatalnak számít: mindössze 23 millió éves. (Ha ez az életkor mégsem tűnik annyira fiatalnak, emlékezzünk vissza arra, hogy Naprendszerünk 4,6 milliárd éves, így ezekhez az időskálákhoz mérten a rekorder exobolygó valóban nem tűnik olyan idősnek.) A bolygó tömege a Jupiterének 3,2-szerese, átmérője pedig 1,2-szerese.

A bolygóval kapcsolatos kutatásban résztvevő Kyle Franson szerint az AF Lep b épphogy csak a detektálhatóság határán lebeg, még a minden eddiginél érzékenyebb James Webb-űrtávcső használatával is. Az űrtávcső átmérője ugyanis kisebb a legnagyobb földi teleszkópokénál, illetve mivel infravörös hullámhosszon működik, az objektumok képe is halványabbnak és elmosódottabbnak látszik. Mivel azonban a vizsgált exobolygó mindössze 88 fényévnyi távolságban kering Földünktől, apró fénypöttyként világlik ki a James Webb-űrtávcső felvételein. A csillagászok pedig szerencsére sok információt ki tudnak nyerni egy ilyen kicsiny fénypontocskából is.

Miért olyan bonyolult a közvetlen képalkotás?

Az exobolygók kutatása az 1990-es években vette kezdetét, azóta pedig több mint 6000 megerősített exobolygót, és még több ezer jelöltet ismerünk. Mindezek közül azonban nagyon keveset sikerült csak közvetlen képalkotással is detektálni. A legtöbb Naprendszeren kívüli bolygót a tranzitmódszerrel fedezték fel. Ez azon alapul, hogy amint a bolygó elhalad csillaga előtt, valamelyest kitakar a csillag fényességéből, ezt a fényességváltozást pedig képesek rögzíteni a műszereink. Szintén gyakran használják a csillagászok a radiális sebesség mérésére alapuló módszert, amely a központi csillag spektrumának vizsgálatára épül.

Ezek a módszerek azért bizonyulnak hatékonyabbnak a közvetlen képalkotásnál, mert az exobolygók nagyon halványak a csillagukhoz viszonyítva, így a csillag sokszor annyira túlragyogja a bolygót, hogy közvetlen képalkotással láthatatlanná teszi azt. A jelenséget úgy is elképzelhetjük, hogy egy tengeren sodródó hajó fedélzetén állva szeretnénk egy távoli világítótorony tetején észrevenni egy szentjánosbogár pislákoló fényét.

A James Webb-űrtávcső képe az AF Lep b-ről. (Forrás: K. Franson., et al., The Astrophysical journal Letters.)

A James Webb-űrtávcső azonban minden lehetőségre felkészült: a fedélzetén ugyanis található egy koronográf nevű eszköz, amely kitakarja a csillag fényét, hogy a körülötte lévő bolygó könnyebben láthatóvá váljon. Az AF Lep b pedig kiválóan alkalmas jelölt a közvetlen megfigyelésre, ugyanis viszonylag fényes bolygónak számít.

A bolygót vizsgáló kutatócsoport a detektálás után szeretett volna többet megtudni az AF Lep b légkörének összetételéről, hiszen a Naprendszer gázóriásaihoz hasonló méretű exobolygók ritkának számítanak. Ehhez azonban a csillagászoknak versenyt kellett futniuk az idővel.

Erre azért volt szükség, mert bár a bolygó távolsága a csillagától a Föld-Nap távolság nyolcszorosa, a mi nézőpontunkból látszólagos pályája során a bolygó egyre közelebb ér a csillagához. Bár a James Webb-űrtávcső koronográfja a központi csillag fényességének körülbelül 90%-át kitakarja, ahogy a bolygó egyre közelebb ér a csillaghoz, ez a kitakarás egyre kevésbé lesz elegendő ahhoz, hogy észrevehessük a kozmikus szentjánosbogarat.

Természetesen arra is lehetősége van a kutatóknak, hogy megvárják azt, hogy az AF Lep b megjelenjen a csillag másik oldalán, mivel azonban a bolygó keringési ideje a becslések szerint 25 év, mindez talán egy évtized múlva válik lehetségessé.

A kutatóknak azonban a James Webb-űrtávcső határait feszegetve sikerült gyorsan megvizsgálniuk a bolygó légkörét. Ez szintén érdekes eredményekhez vezetett: kiderült, hogy az AF Lep b légkörének rétegei között erőteljes konvektív áramlás van jelen, emellett összetételét tekintve jóval több szén-monoxid található benne az elvártnál. Ez utóbbinak az oka nagy valószínűséggel az említett feláramlásokban keresendő, hiszen azok képesek csupán arra, hogy ezt a molekulát eljuttassák a felső légkörbe.

A bolygó detektálása már önmagában is megdöbbentő eredmény, amely megmutatja a James Webb-űrtávcső rendkívüli lehetőségeit, a bolygó légkörének részletesebb vizsgálata pedig gyarapítja tudásunkat az exobolygók rejtélyes világáról. A kutatók bizakodva várják az elkövetkező éveket, és az űrtávcső további felfedezéseit.

Az itt leírt eredmények az Astrophysical Journal című folyóiratban jelentek meg.

A cikk forrása: https://www.space.com/james-webb-space-telescope-exoplanet-aflepb-direct-image