Vajon miért nem sikerült eddig kimutatni a szilíciumot, a Világegyetem egyik leggyakoribb elemét a Jupiter, a Szaturnusz és a más csillagok körül keringő, hasonló gázbolygók légkörében? Egy új kutatás, amely a NASA James Webb-űrtávcsövének adatain alapul, fényt derít erre a kérdésre egy különös égitest vizsgálatával, amelyet 2020-ban véletlenül fedeztek fel, és az Accident (baleset, véletlen) névre kereszteltek. A kutatók a Nature című szaklapban tették közzé eredményeiket.
Az Accident egy barna törpe, vagyis egy olyan gázlabda, amely se nem egészen bolygó, se nem egészen csillag, de még csak nem is egyszerűen egy nehezen besorolható égitest: a fizikai jellemzői olyan zavarba ejtő keveréket alkotnak, amelyek némelyikét korábban csak fiatal barna törpéknél láttuk, másokat pedig kizárólag idős társaiknál. Ennek köszönhető, hogy egészen öt évvel ezelőttig sikerült megúsznia, hogy felfedezzük: a Backyard Worlds: Planet 9 közösségi tudományos projekt lelkes résztvevői találták meg a NEOWISE égboltfelmérés adataiban.
Az Accident annyira halvány és furcsa, hogy a kutatóknak a James Webbre, a NASA leghatékonyabb űrtávcsövére volt szükségük, hogy megvizsgálhassák a légkörét. Több meglepetés is érte őket, többek között bizonyítékot találtak egy olyan molekula jelenlétére, amelyet eleinte nem tudtak azonosítani. Kiderült, hogy egy egyszerű szilíciummolekuláról van szó, a szilánról (SiH4). A kutatók már régóta várták, hogy szilánt találjanak nemcsak a Naprendszer gázóriásain, hanem több ezer barna törpe és más csillagok körül keringő gázóriás légkörében is, de eddig nem jártak sikerrel. Az Accident az első olyan égitest, ahol sikerült azonosítani ezt a molekulát.
A kutatók meglehetősen biztosak abban, hogy a szilícium jelen van a Jupiter és a Szaturnusz légkörében, de valamiért rejtőzködik. Az oxigénhez kötve a szilícium olyan oxidokat képez, mint a kvarc, amelyek a forró gázóriásokon a földi homokviharokhoz hasonló felhőket alkothatnak. A Jupiterhez és a Szaturnuszhoz hasonló, hűvösebb gázóriásokon ezek a felhők a könnyebb vízgőz- és ammóniafelhők alá süllyedhetnek, amíg a szilíciumtartalmú molekulák a légkör mélyére nem kerülnek, ahol még azok az űreszközeink se látták őket, amelyek közelről tanulmányozták a két bolygót.
Egyes kutatók feltételezik, hogy a szilánhoz hasonló könnyebb szilíciummolekulák a felsőlégköri rétegekben talán megtalálhatók, mint a pék asztalán a lisztnyomok. Ilyen molekulanyomok egyetlen, különös barna törpe kivételével sehol sem jelentek meg, és ez utalhat az adott környezetben zajló kémiai folyamatokra.
„Néha éppen az extrém égitestek segítenek megértenünk, hogy mi zajlik az átlagos társaikban.” – mondta Jacqueline K. Faherty (American Museum of Natural History), a felfedezésről szóló tanulmány vezető szerzője.
A Földtől nagyjából 50 fényévre lévő Accident valószínűleg 10–12 milliárd éve jött létre, így ez a legidősebb barna törpe, amit ismerünk. A Világegyetem nagyjából 14 milliárd éves, és abban az időben, amikor az Accident keletkezett, a kozmoszt főként hidrogén és hélium alkotta, illetve nyomokban más elemek, például szilícium. Ahogy teltek az évmilliárdok, a csillagok magjában létrejöttek a szénhez, a nitrogénhez és az oxigénhez hasonló elemek, így a fiatalabb bolygókban és csillagokban sokkal több található ezekből.
A Webb-űrtávcső adatai megerősítették, hogy a barna törpék és bolygók légkörében kialakulhat a szilán. Az, hogy más barna törpékben és gázóriásokban nem találtak szilánt, arra utal, hogy amikor oxigén is jelen van, olyan gyorsan és könnyen kötődik a szilíciumhoz, hogy gyakorlatilag nem marad belőle, amely a hidrogénnel kötődve szilánt képezhetne.
Vajon miért van mégis szilán az Accidenten? A kutatók feltételezése szerint azért, mert az ősi barna törpe kialakulásakor még sokkal kevesebb oxigén volt jelen a Világegyetemben, így a légkörében is kevesebb volt, ami felemészthette volna az összes szilíciumot. A rendelkezésre álló szilícium ezért hidrogénnel kötődött, ami a szilán létrejöttéhez vezetett.
„Nem az volt a célunk, hogy a Jupiter és a Szaturnusz rejtélyét megoldjuk.” – mondta Peter Eisenhardt (JPL). „A barna törpék csillaghoz hasonló gázlabdák, csak belső fúziós erőmű nélkül, így egyre hűvösebbek és hűvösebbek lesznek, a légkörük pedig a gázóriásokéhoz hasonló. Szerettük volna kideríteni, hogy ez a barna törpe miért olyan furcsa, de szilánra nem számítottunk. A Világegyetem továbbra is tartogat meglepetést a számunkra.”
A barna törpéket gyakran könnyebb tanulmányozni, mint a gázóriásokat, mert a távoli bolygók fénye eltörpül a csillaguké mellett, míg a barna törpék általában magányos utazók. Az ezekről az égitestekről tanultak mindenféle bolygóra kiterjeszthetők, beleértve a Naprendszeren kívülieket is, amelyek akár a lakhatóság feltételeit is mutathatják.
„Hogy világos legyen, nem találunk életet a barna törpéken.” – mondta Faherty. „De a bolygólégkörök sokféleségének és összetettségének vizsgálatával előkészíthetjük a terepet azoknak a tudósoknak, akiknek egy nap ilyen kémiai elemzéseket kell végezniük a Földhöz hasonló kőzetbolygókon. Lehet, hogy nem kifejezetten szilíciumról lesz szó, de talán hozzánk hasonlóan olyan bonyolult és zavaros adatokat fognak kapni, amelyek nem felelnek meg egy modellnek sem. Tudniuk kell elemezni ezeket, ha meg akarják válaszolni a nagyobb kérdéseket.”
Forrás: https://www.jpl.nasa.gov/news/nasa-study-celestial-accident-sheds-light-on-jupiter-saturn-riddle/
Az eredményeket ismertető szakcikk: https://rdcu.be/eDWlO
Szerző: Ujhelyi Borbála, Kutatási asszisztens
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet