Collin Cherubim (University of Chicago) és munkatársai észlelték, hogy az LHS 1140b jelű exobolygó felsőlégköréből hélium szökik az űrbe. Ez a kőzetbolygó csupán 49 fényévre van tőlünk.
Az égitest már nagyon sok vizsgálat tárgya volt, mondta el Cherubim, mivel egy olyan kőzetbolygóról van szó, amelynek a földi légkörhöz hasonló atmoszférája lehet. Nem pontosan olyan, mint a Föld, hiszen 70%-kal nagyobb, és egy halvány, vörös törpecsillag körül kering mindössze 25 napos keringési idővel. A csillag lakhatósági zónájában van, vagyis olyan távolságra tőle, hogy a felszínén folyékony állapotban maradhat meg a víz.
A kutatók által észlelt hélium arra utal, hogy a planéta felsőlégköre gazdag ebben az elemben. Lehetséges azonban, hogy a nehezebb vegyületek a légkör mélyebb rétegeiben rekedtek. Egy ilyen atmoszféra lehetővé tenné a folyékony víz fennmaradását, és megvédené a planétát a sugárzástól, ami azt jelenti, hogy eddig ez a legígéretesebb jelölt a lakható bolygó címre.
„Először sikerült felfedezni egy földszerű, lakhatósági zónában keringő bolygó légkörét, így ez egy nagyon fontos mérföldkő az exobolygó-kutatásban.” – mondja Robin Wordsworth (Harvard University), aki a felfedezés idején a Harvardon doktori tanulmányokat folytató Cherubim konzulense volt. A kutatócsoport egyúttal megtalálhatott egy olyan bolygótípust, amely eddig csak elméletben létezett: a héliumvilágokét.
Az első héliumvilág?
Amikor Cherubim a Harvardon a kisebb bolygókat körülvevő légköröket modellezte, észrevette, hogy bizonyos planéták kezdetben hidrogén- és héliumköpenyt halmoztak fel. Míg a könnyebb hidrogént elvesztették, a héliumkészletük megmaradt. Emiatt a kisebb bolygók között kezdett kutatni, hogy kiderítse, kimutatható-e rajtuk a hélium jelenléte.
A kutatócsoport 2024 szeptemberében a chilei Magellan-Clay teleszkóppal figyelte meg, ahogy az LHS 1140b elhalad a csillaga előtt. Az úgynevezett tranzitesemény során a kutatók fel tudták mérni, hogy mi alkotja a planéta légkörének legfelső rétegét. A hélium-jel – pontosabban a gerjesztett héliumatomok által okozott abszorpció – egyértelműen kimutatható volt. (A semleges hélium nem nyel el fényt.)
A kutatók becslései szerint a planétáról másodpercenként 220 tonna hélium távozik – ez nagyjából egy kékbálna tömegének felel meg. A bolygó csillagának nagy energiájú sugárzása lefújja a héliumot, amely hosszú csóvát alkot a bolygó mögött.
Mivel a csillaga több mint 3 milliárd éves, az LHS 1140b valószínűleg ősi hidrogén- és héliumkészletei elvesztésének utolsó szakaszában jár. A kutatócsoport ugyanis megállapította, hogy a bolygón már alig maradt hidrogén.
Az adatokból eleinte nem rajzolódott ki a teljes kép. Amikor azonban a kutatók egy évvel később újabb méréseket végeztek, meglepve látták, hogy egyáltalán nincs jele héliumabszorpciónak a légkörben. Kiderült, hogy a csillagszél és a sugárzás változásai hatással vannak arra, hogy a hélium milyen gyorsan szökik el – vagy akár arra is, hogy a kiszökött hélium mekkora része gerjesztődik fel annyira, hogy egyáltalán elnyelje a fényt. Miután alaposabban átnézték az első adathalmazt, a kutatók nem találtak más magyarázatot az első héliumjelre: az LHS 1140b légköréből kellett származnia, mégpedig a legnagyobb valószínűséggel egy vastag, héliumgazdag köpenyből a bolygó körül.
„Nagyon izgalmas, hogy ezek az eredmények újra ráirányították a figyelmet erre a rendszerre, és sok ember érdeklődését felkeltették.” – mondja Charles Cadieux (Montreali Egyetem). Cadieux ebben a kutatásban ugyan nem vett részt, de korábban vizsgálta az LHS 1140b-t, és akkor munkatársaival egyértelmű bizonyítékot találtak arra, hogy a planéta légköre alatt óceán található.
Cadieux óvatosságra int a változó hélium-észlelések kapcsán, mivel ez az elem a csillagokban is megtalálható. „Nagyon meglepett ez az eredmény.” – mondja, de hozzáteszi, hogy ez még csak előzetes megállapítás: „Úgy gondolom, végül további megfigyelésekre lesz szükségünk ahhoz, hogy valóban megértsük, mi is történik ezzel a lakható zónában lévő planétával.”
Az exobolygóról a James Webb-űrtávcsővel végzett korábbi megfigyelések kizárták a puffadt légkör lehetőségét. Ezen kívül kiderült, hogy nehezebb elemek, szén-dioxid, nitrogén, víz és oxigén is található benne. A héliumészlelések ellentmondani látszanak ezeknek a megfigyeléseknek.
Elképzelhető, hogy mindkettő igaz, ha az LHS 1140b-nek van egy legfelső, héliumgazdag légkörrétege, amely alatt meghúzódhatnak a nehezebb elemek. A planéta alacsony hőmérséklete hozzájárulhat ahhoz, hogy a vízhez hasonló vegyületek „csapdába essenek”: felemelkednek, felhővé kondenzálódnak, majd eső formájában visszahullanak a felszínre. A Webb-űrtávcső infravörös megfigyelései valószínűleg a légkör mélyebb rétegeibe is betekintést nyújtanak.
Hélium… és az élet?
Bár a bolygó héliumban gazdag légköre határozottan nem hasonlít a Földéhez, az égitest mégis támogathatja az élet kialakulását. Kőzetbolygó, a hőmérséklete megfelelő, és úgy tűnik, olyan légkörrel rendelkezik, amely lehetővé teszi folyékony víz jelenlétét a felszínen.
Ha több ehhez hasonló, héliumban gazdag planétát találunk, az segíthet többet megtudnunk a saját múltunkról. A Naprendszer kőzetbolygóiról egykor azt gondolták, hogy a hidrogén- és héliumgáz eloszlása után alakultak ki. A Nature szaklap egy 2023-as cikke azonban arra utalt, hogy a Földnek is lehetett egy ősi hidrogén- és héliumköpenye, amelyet később elveszített.
A csillagászok máris tovább vizsgálják a kőzetbolygók légkörét: tavaly nyáron elindult egy 500 órás megfigyelési program, amelynek keretében a Webb- és a Hubble-űrtávcsővel vörös törpecsillagok körül keringő bolygók légkörét vizsgálják meg. Az LHS 1140b vizsgálata sem ért még véget: a Webb-űrtávcső már további kilenc megfigyelést végzett róla.
Az elméletek által előre jelzett és most megfigyelésekkel megerősített héliumban gazdag bolygók új perspektívát nyújtanak a potenciálisan lakható kőzetbolygókkal kapcsolatban. „Az exobolygók hihetetlenül sokszínűek ahhoz képest, amit a Naprendszerben látunk. A Világegyetem mindig tartogat számunkra meglepetéseket.” – mondja Wordsworth.
Forrás: https://skyandtelescope.org/astronomy-news/first-atmosphere-terrestrial-world/
A kutatás eredményeiről beszámoló szakcikk: https://www.science.org/doi/10.1126/science.aea9708
Szerző: Ujhelyi Borbála, Kutatási asszisztens
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet