A James Webb űrteleszkóp megfigyelései alapján légkör veheti körül a HD 3167 b nevű különleges exobolygót. A mintegy 154 fényévre található szuperföld felszínének csillag felé néző része valószínűleg olvadt kőzetből áll, egyetlen éve pedig rövidebb egy földi napnál. A felfedezés azért különösen érdekes, mert a kutatók korábban úgy gondolták, hogy az ilyen szélsőséges körülmények között egy kőzetbolygó csak nagyon nehezen tarthatja meg a légkörét.
Egy bolygó, ahol valószínűleg olvadt kőzet borítja a felszínt
A HD 3167 b az úgynevezett lávabolygók közé tartozik. Ezek olyan kőzetbolygók, amelyek annyira közel keringenek saját csillagukhoz, hogy a rájuk érkező sugárzás képes megolvasztani a felszín kőzeteit.
A HD 3167 b esetében valóban nehéz emberi léptékben elképzelni a körülményeket. A bolygó a Halak csillagkép irányában, körülbelül 154 fényévre található, sugara nagyjából 1,6-szorosa a Földének, tömege pedig a jelenlegi becslések szerint közel ötszöröse bolygónkénak. Egy teljes keringést mindössze körülbelül 0,96 földi nap alatt tesz meg.
Egy ottani „év” tehát még 24 óráig sem tart.
Egyensúlyi hőmérsékletét az újabb mérések nagyjából 1780 kelvinre teszik. Ez önmagában is jól mutatja, mennyire szélsőséges világról beszélünk: a bolygó nappali oldalán a kőzetek egy része megolvadhat, így hatalmas magma- vagy lávaterületek alakulhatnak ki.
A James Webb valami furcsát vett észre
A kutatók a James Webb Space Telescope segítségével vizsgálták meg a HD 3167 b-t, méghozzá a bolygó úgynevezett másodlagos fedése során.
Ilyenkor a bolygó saját csillaga mögé kerül. A csillag és a bolygó együttes sugárzása, majd a bolygó eltűnésekor mért sugárzás közötti parányi különbségből a csillagászok következtetni tudnak arra, mennyi infravörös sugárzás érkezett magáról a bolygóról.
A mérésekhez a Webb MIRI műszerének adatait használták.
Az eredmény meglepő volt.
A HD 3167 b nappali oldala ugyanis hűvösebbnek bizonyult annál, mint amit egy csupasz, légkör nélküli, rendkívül forró kőzetbolygótól várnának. A tanulmány szerint a mért fedési mélység 38 ± 11 ppm volt, és az eredmény több mint öt szigmával tér el attól, amit egy maximálisan felhevült, sötét, légkör nélküli felszíntől várnának.
Ez pedig erős jel arra, hogy valami szabályozza a bolygó hőháztartását.
A legkézenfekvőbb magyarázat: van légköre.
Hogyan lehet légköre egy ilyen pokoli világnak?
Éppen ez teszi igazán érdekessé a felfedezést.
Egy csillagához ennyire közel keringő kőzetbolygót intenzív sugárzás és csillagszél ér. Emiatt logikus lenne azt feltételezni, hogy légkörét idővel egyszerűen elveszíti.
A HD 3167 b azonban arra utal, hogy a történet ennél jóval összetettebb.
Ha a bolygót megfelelően vastag atmoszféra veszi körül, az képes lehet a nappali oldal energiájának egy részét az éjszakai oldal felé szállítani. Emellett a légkörben kialakuló felhők visszaverhetik a csillag sugárzásának egy részét, így a felszín nappali oldala kevésbé forrósodik fel.
Hasonló hőelosztó hatást a saját Naprendszerünkben is megfigyelhetünk: a Vénusz rendkívül vastag légköre például jelentősen csökkenti a nappali és éjszakai oldal közötti hőmérséklet-különbséget.
De miből állhat a HD 3167 b légköre?
Erre egyelőre nincs biztos válasz.
Korábban az ilyen lávavilágok esetében elsősorban úgynevezett ásványi vagy kőzetgőzből álló atmoszférát feltételeztek. Ha ugyanis a felszín kellően forró, az olvadt kőzet egyes összetevői elpárologhatnak, és sajátos légkört hozhatnak létre.
Korábbi vizsgálatok éppen ezt tartották a HD 3167 b egyik valószínű lehetőségének.
Az új James Webb általi eredmények azonban ennél érdekesebb forgatókönyvet is megengednek. A kutatók szerint egyes lávabolygók atmoszférájában nehezebb gázok, például szén-dioxid, szén-monoxid vagy akár vízhez kapcsolódó molekulák is jelen lehetnek. Ettől azonban még szó sincs arról, hogy a HD 3167 b Föld-szerű vagy lakható lenne – a bolygó továbbra is elképesztően forró világ.
A jelenlegi Webb-adatok nem elég pontosak ahhoz, hogy egyértelműen meghatározzák a légkör kémiai összetételét. Ehhez további spektroszkópiai vizsgálatokra lesz szükség, amelyekben a JWST NIRSpec műszere is szerepet kaphat.
A „leghűvösebb” ilyen lávabolygó – de csak csillagászati értelemben
A HD 3167 b természetesen semmilyen hétköznapi értelemben nem nevezhető hűvösnek.
A jelentősége abban rejlik, hogy az eddig légkörre utaló jeleket mutató lávavilágok között viszonylag kevésbé intenzív csillagsugárzás éri. A kutatás szerint jelenleg ez a legkevésbé besugárzott ultrarövid periódusú szuperföld, amelynél légkör jelenlétére utaló bizonyítékot találtak.
Ez azért fontos, mert segíthet meghatározni azt a hőmérsékleti tartományt, amelyben a lávabolygók légköre alapvetően megváltozik.
Elképzelhető például, hogy bizonyos hőmérséklet felett vastag szilikátfelhők alakulnak ki. Ezek a felhők a világűr felé verhetik vissza a csillag sugárzásának egy részét, ezzel látványosan lehűtve a nappali oldalt.
Ha sikerül megtalálni ezt az átmenetet, a csillagászok sokkal pontosabb képet kaphatnak arról, hogyan viselkednek a rendkívül forró kőzetbolygók atmoszférái.
A fiatal Föld is hasonlíthatott hozzá
Talán ez a kutatás legizgalmasabb következménye.
A HD 3167 b jelenlegi állapotában nyilvánvalóan nem hasonlít a ma ismert Földre. Bolygónk azonban több mint négymilliárd évvel ezelőtt egészen másképp nézett ki.
A Naprendszer kialakulásának korai időszakában a bolygókezdemények folyamatos ütközése óriási energiát szabadított fel. A fiatal Föld történetének egyik szakaszában úgynevezett magmaóceán boríthatta a felszínt, vagyis bolygónk külső része nagyrészt olvadt állapotban lehetett.
A kutatók szerint ezért az olyan objektumok, mint a HD 3167 b, természetes laboratóriumként működhetnek: segítségükkel olyan folyamatokat tanulmányozhatunk, amelyek a Föld történetének első néhány millió évében is szerepet játszhattak. University of Chicago News
Nem életet találtak – mégis fontos lépés az élet keresésében
A HD 3167 b esetében természetesen nem az élet közvetlen keresése a cél. A szélsőséges hőmérséklet miatt a bolygó felszíne az általunk ismert élet számára rendkívül ellenséges.
A felfedezés jelentősége sokkal inkább abban áll, hogy megmutatja: a kőzetbolygók még egészen szélsőséges környezetben is képesek lehetnek atmoszférát fenntartani.
A James Webb egyik fontos feladata annak megértése, milyen körülmények között maradhat meg egy kőzetbolygó légköre. Ha ezt sikerül feltérképezni, azzal a csillagászok azt is jobban megérthetik, mely távoli világok lehetnek alkalmasak stabil légkör – és végső soron akár folyékony felszíni víz – fenntartására.
A HD 3167 b tehát szinte biztosan nem egy második Föld. Sokkal inkább egy bepillantás abba, milyen lehetett egy fiatal, izzó kőzetbolygó fejlődésének korai szakasza – akár a saját Földünké is.
