A legújabb számítások szerint a WASP-121b nevet viselő, ritka gázokból álló ultraforró Jupiter még közelebb keletkezhetett a csillagához, mint azt korábban hitték, ez pedig megkérdőjelezi a bolygók keletkezéséről alkotott elméleteket.
Napjainkra több mint 5000 exobolygót ismerünk, köztük pedig jócskán találunk olyanokat, amelyek teljesen eltérnek a Naprendszerünkben lévő bolygóktól. Erre jó példák a forró, illetve az ultraforró Jupiterek. Ezek olyan gázóriások, amelyek tömege és átmérője többszörösen meghaladja a Jupiterét, és emellett igen közel keringenek központi csillagukhoz, olyannyira, hogy keringési idejük néhány órás, vagy esetleg néhány napos. A közelség miatt a hőmérséklet rendkívül magas ezeknek a bolygóknak a felszínén, ezért is használják rájuk a köznyelvben a tűz fölé tartott pillecukor hasonlatát.
Az eddig felfedezett exobolygóknak csaknem az egyharmada forró Jupiter. Korábbi elméleteink szerint ezek a bolygók a csillaguktól távolabb keleteztek (nagyjából olyan távolságban attól, mint a Naprendszerben a Jupiter, vagy a Szaturnusz a Naptól), és csak fejlődésük későbbi szakaszán vándoroltak közelebb a rendszer középpontjához. A WASP-121b vizsgálata azonban megkérdőjelezi ezt a mára elfogadottá vált elméletet.
Az említett bolygót vizsgáló kutatócsoport akkor jutott erre az érdekes következtetésre, amikor a fiatal csillagok körül található, a bolygók születésének helyszínéül szolgáló protoplanetáris korongokról alkotott elméleteket tesztelte exobolygók vizsgálatával. A kutatáshoz a chilei Gemini South távcső GRating INfrared Spectrograph (IGRINS) nevű, közeli infravörös tartományon működő spektrográfját használták.
Az IGRINS színképelemző műszerrel a csoport tagjai képesek megvizsgálni a központi csillaguk előtt elhaladó exobolygók kő/jég arányát, illetve kémiai összetételét is. A műszer különlegessége, hogy annak ellenére, hogy a Föld felszínén található, pontosabb mérésekre képes, mint bizonyos űrtávcsövek, így a kémiai összetétel mellett lehetőséget ad arra, hogy a kutatók az adott elemeknek a bolygón vett pontos elhelyezkedését is meghatározzák, és ez alapján számot adjanak a bolygó dinamikájáról.
Hol keletkezhetett a WASP-121b?
A Földtől 858 fényévre található WASP-121b tömege a Jupiterének 1,2-szerese, átmérője pedig kisebb sűrűségéből kifolyólag 1,9-szerese. A bolygó 1,3 földi nap alatt kerüli meg csillagát, mégpedig kötött keringéssel. Ez azt jelenti, hogy a forró Jupiter egyik fele mindig a központi csillag felé néz, a másik fele pedig azzal ellentétes irányban, így tehát a csillag felé néző oldalon örök nappal, a másik oldalon pedig örök éjszaka honol.
A bolygó nappali oldalának felszíni hőmérséklete körülbelül 2500 °C, amelynek megfelelően a bolygót alkotó fémek képesek elpárologni, és felhőket alkotni a légkörben. Ezeket a felhőket a bolygó felszínén fújó, körülbelül 18000 km/s-s sebességű szelek átfújják az éjszakai oldalra, ahol a hirtelen lehűlő hőmérséklet hatására a rubinhoz, illetve zafírhoz hasonló fémek ismét szilárd állapotban, esőként hullanak le a felszínre.
A standard bolygókeletkezési modellek szerint a WASP-121b-nek a többi forró Jupiterhez hasonlóan a csillagától távol kellett volna keletkeznie, a kémiai összetétele azonban arra utal, hogy ez nem így történt.
Általánosságban véve a fiatal csillagok körüli protoplanetáris korongban minél távolabb kerülünk a központi csillagtól, annál kisebb a hőmérséklet, és ennek megfelelően alakul a korongban a kőzet- és jéganyagok halmazállapota is. A csillaghoz közelebbi, forróbb régiókban jellemzően gáz halmazállapotban, távolabb pedig szilárd formában jelennek meg az anyagok olyan módon, hogy a jegek a csillagtól távolabb kondenzálódnak ki, mint a kőzetanyagok. Egy adott exobolygó keletkezési helyéről árulkodik tehát a bolygón lévő kőzetanyagoknak a jeges anyagokhoz vett aránya. Ezt pedig a csillagászok képesek vizsgálni a látható, illetve az infravörös tartományon működő spektrográfokkal.
Az a tény, hogy a WASP-121b ilyen forró, arra utal, hogy mind a kőzetek, mind a jeges anyagok gáz halmazállapotúak a légkörében. Ezeket a gáz halmazállapotúvá forrósodott fémeket pedig sikerült azonosítani az IGRINS által felvett színképekben is. A mérések alapján a kutatók kiszámították a WASP-121b kőzet/jég arányát, amelyre meglepően magas értéket kaptak. Ez arra utal, hogy amikor a bolygó keletkezett, képes volt nagy mennyiségű kőzetanyagot gyűjteni a felszínére. Ez pedig csak úgy lehetséges, hogy a bolygó születésének helyszínén olyan forróság volt, hogy a jeges anyagok még nem tudtak kikondenzálódni. Ez a felfedezés igencsak meglepő, hiszen eddigi elméleteink szerint a gázóriások kialakulásához szükségesek a szilárd halmazállapotú jegek is, és így szükségképpen a központi csillagtól viszonylag távol kell keletkezniük.
Mindezek alapján az Astronomical Journal című szaklapban megjelent tanulmány szerzői úgy vélik, hogy talán szükséges újra alkotni az exobolygók keletkezésére kialakított modelleket. A jövőben több forró Jupiter vizsgálatával igyekeznek lerántani a leplet erről az újonnan kialakult rejtélyről.
A cikk forrása: https://www.space.com/roasting-marshmellow-exoplanet-wasp121b
Szerző: Könyves-Tóth Réka, Tudományos munkatárs
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet