Ezeket a viszonylag kisebb méretű gázbolygókat azonban napjainkig rejtélyek övezik. A kutatók a nemrégiben megvizsgálták a TOI-421 b nevű mini-Neptunuszt a NASA James Webb-űrtávcsövével olyan részletességgel, ahogyan ezt a nagy sikerű műszer felbocsátása előtt lehetetlen lett volna.
Kicsi, hideg, ködbe burkolózó bolygók
A mini-Neptunuszok létezése meglepetésként érte a csillagászokat, amikor a múlt évtizedben felfedezték őket a NASA Kepler-űrtávcsövével. Napjainkban ez az exobolygó-típus számít a leggyakoribbnak, a kutatók pedig igyekeznek megérteni tulajdonságaikat, és megfejteni gyakoriságuk okát.
A James Webb-űrtávcső felbocsátása előtt kevés információ állt rendelkezésre a mini-Neptunuszokról: noha méretüket tekintve párszor nagyobbak a Földnél, hőmérsékletük alacsonyabb, mint a náluk jóval nagyobb méretű forró Jupitereké, és így még nagyobb kihívást jelent felfedezésük és megfigyelésük, mint gázóriás testvéreiké.
A korábbi felfedezések közül a legjelentősebb az volt, hogy a mini-Neptunuszok színképe lapos, és nagyon kevés színképvonalat mutat. A spektrumban látszó vonalak meglétéből, illetve tulajdonságaiból következtethetünk, avagy ebben az esetben következtethetnénk egy adott égitest kémiai összetételére. A mini-Neptunuszok esetén a lapos, vonalak nélküli spektrum jelenléte arra utal, hogy az ilyen típusú bolygókat valamiféle felhő, vagy ködösség veszi körül, amely leárnyékolja a bolygólégkör vonalait.
A hőmérséklet szerepe
Eliza Kempton, a TOI-421 b-t vizsgáló kutatócsoport vezetője elmondta, hogy azért választották éppen ezt a mini-Neptunuszt a James Webb-űrtávcső célpontjául, mert a korábbi adatok alapján arra következtettek, hogy ezt a bolygót lehetséges, hogy nem veszi körbe felhő, avagy ködréteg, hiszen egy bizonyos hőmérsékletnél melegebb exobolygók esetén a ködök/felhők előfordulása kevésbé valószínű, mint a hidegebbek esetén. Ennek ismeretében pedig jó minőségű, vonalakat tartalmazó színkép készíthető az objektumról, amelynek segítségével megismerhetjük a légkör kémiai összetételét.
Az eddigi elméletek szerint van egy bizonyos hőmérséklethatár, amely alatt a bolygón jelenlévő metángáz bonyolult fotokémiai reakcióba lép a központi csillag által kibocsátott fotonokkal, amelynek hatására köd képződik. A hőmérséklethatár felett a bolygókon általában nem található metán gáz, és így az nem tud kölcsönhatásba lépni a fénnyel, tehát a ködösség sem alakul ki a bolygó körül. A TOI-421 hőmérséklete az előzetes mérések alapján jócskán meghaladja az említett határértéket, és így lehetséges, hogy mélyebben megismerhessük valószínűsíthetően tiszta légkörének kémiai összetételét, és egyéb tulajdonságait.
A mért spektrumok alapján megállapítható, hogy a vizsgált mini-Neptunusz légköre vízgőzt, szén-monoxidot és kén-dioxidot, valamint nagy mennyiségű hidrogént is tartalmaz, viszont nincs jelen benne a metán, illetve a szén-dioxid.
Mindezek közül a leginkább meglepő a legkönnyebb elem, a hidrogén jelenléte: a kutatók úgy gondolták, hogy a mini-Neptunuszok légköre leginkább nehezebb elemeket tartalmaz, most pedig sikerült kimutatniuk ennek az ellenkezőjét! Ezek alapján a TOI-421 b talán máshogy alakult ki, és fejlődött, mint egy "átlagos" mini-Neptunusz.
Egyedi eset lenne a TOI-421 b?
A hidrogén jelenléte érdekes, hiszen a bolygó légkörének összetétele így nagyon hasonlít a rendszer központi csillagáéhoz. Ez olyan módon lehetséges, hogy a gáz, amelyből a központi csillag kialakult, ráhullott a mini-Neptunusz bolygómagjára is, és légkörként körbevette azt. Ez a folyamat hasonlít ahhoz, ahogy a Naprendszer gázóriásainak légköre keletkezett, viszont különbözik az eddig a James Webb-űrtávcsővel vizsgált mini-Neptunuszok kialakulásának folyamatától.
Megemlítendő az is, hogy a TOI-421 b egy Naphoz hasonló csillag körül kering, ez pedig szintén eltér a többi mini-Neptunusz környezetétől, amelyek leginkább hidegebb vörös törpecsillagok környezetében fordulnak elő.
Mindezek alapján felvetődik a kérdés: különleges, egyedi objektum a TOI-421 b, vagy csupán annyi a helyzet, hogy az exobolygók rendkívül sokfélék? Hogy erre választ kaphassunk, a jövőben további exobolygó-megfigyelések szükségesek a James Webb-űrtávcsővel, és egyéb műszerekkel.
Az itt leírt eredmények az Astronomycal Journal Letters című szaklapban jelentek meg.
A cikk forrása: https://webbtelescope.org/contents/news-releases/2025/news-2025-113
Szerző: Könyves-Tóth Réka, Tudományos munkatárs
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet