Elképesztő gázóriások, „forró Jupiterek” különleges vándorlása

A rendkívül extrém forró gázóriást a Spitzer űrteleszkóp fedezte fel

Az elmúlt évtizedben minden várakozást felülmúlt az exobolygó felfedezések száma, amelyek között jelentős számban találunk a csillagukhoz extrém közeli pályán mozgó, hatalmas és nagyon forró gázóriásokat. Ezen „forró Jupiterek” keletkezése azonban nem teljesen egyértelmű a csillagászok számára, amelyet a legújabb megfigyelések fényében talán meg lehet magyarázni.

Exobolygók mindenfelé

Az elmúlt évtizedben közel 2000 exobolygót (a Naprendszeren kívüli bolygót) azonosítottak és további 5000 jelölt várakozik, hogy egyértelműen sikerüljön bebizonyítani a létezésüket. Ez a szám még inkább elképesztő, ha belegondolunk mennyire nehéz felfedezni egy másik csillagrendszerben található bolygót, és meghatározni egynéhány jellemzőjét.

Az elmúlt évtizedben több mint 2000 Naprendszeren kívüli, úgynevezett exobolygót fedeztek fel, és egyre gyarapodik a számuk Forrás: ESO/M. Kommesser

A legfőbb problémát az okozza, hogy a bolygóknak általában nincs saját fényük

és az általuk esetlegesen visszavert fény pedig elveszhet a központi csillaguk sokkal jelentősebb fényáradatában. A felfedezett exobolygók puszta száma is jelentőséggel bír, hiszen egyre inkább bebizonyosodik, hogy a Naprendszerünkben található számos bolygó létezése nem számít különlegességnek a galaxisban, hanem inkább ez a jellemző.

Az exobolygók felfedezését kis tömegükön kívül jelentősen megnehezíti, hogy nincsen saját fényük Forrás: NASA/JPL-CalTech/Palomar Observatory

A felfedezett exobolygók egy része azonban a csillagához nagyon közel keringő forró világ, főként gázóriások, ezért hívjuk őket „forró Jupiternek”. Ezek a forró Jupiterek sok kérdést vetettek fel a csillagászok számára, többek között azt, hogy miként jöhettek létre ilyen közel a csillagukhoz?

Egy „forró Jupiter” szokatlan pályán

A NASA Spitzer űrteleszkópjának megfigyelései a HD 80606b jelzésű forró Jupiterről, amely tőlünk mintegy 190 fényévnyire található, új bizonyítékokat szolgáltattak az ilyen típusú exobolygók keletkezésére.

A teleszkóp az exobolygó és csillaga fényét rögzítette az infravörös tartományban.

Miközben a HD 80606b folyamatosan elmozdult a pályáján, a bolygó által kisugárzott infravörös tartománybeli elektromágneses sugárzás hozzájárult a csillagéhoz, vagy éppen amikor a csillag takarásába került, el is veszett egy időre a sugárzási járuléka.

A rendkívül extrém forró gázóriást a Spitzer űrteleszkóp fedezte fel Forrás: NASA

A rögzített sugárzási görbéből lehetséges megbecsülni a bolygó felmelegedési és lehűlési folyamatait és a pályáját a csillag körül. Az exobolygó pályája szokatlanul excentrikus, közel olyan elnyúlt, amilyen az üstökösökre jellemző. A pálya egyik pontján extrém közel van a csillaghoz, majd nagyon eltávolodik mintegy 111 földi napos keringési periódussal.

A csillaghoz legközelebbi pontján a gázóriás csillag felé néző oldala megközelítőleg 1100 °C-ra hevül fel

mindösszesen egyetlen földi nap leforgása alatt, míg a túlsó oldalán lényegesen hidegebb marad.

A gázóriás központi csillaga felé néző felszíne maximális közelségben 1 100 Celsius fokra hevül fel Forrás: NASA/JPL-CalTech

Hasonlóan gyorsan le is hűl a csillagtól távolodva.

Még elképzelni is nehéz egy ennyire szélsőséges világot.

Valószínűleg ez a gázóriás pályáját tekintve épp egy hosszabb, átmeneti állapotban létezik. A kutatók feltevése, hogy ezek a gázóriások a csillaguktól távolabbi pályákon keringtek eredendően, azonban egy közeli csillag gravitációs perturbáló (zavaró) hatására módosult a pályájuk, és a folyamat mintegy százmillió év alatt mehetett végbe.

A Naprendszer legnagyobb gázóriása, a Jupiter Forrás: NASA

Eleinte egy erősen excentrikus pályára kerülnek a perturbáció következtében, mint amilyet a HD 80606b esetében láthatunk,

majd a pálya fokozatosan stabilizálódik és átalakul egy szinte tökéletes körpályává,

amely nagyon közel van a csillaghoz. Így jöhetnek létre a csillaguk közvetlen közelében keringő, hihetetlenül forró bolygók.

Gravitációs fűtés és vándorlás

Ugyan a HD 80606b nagyon közel kerül a csillagához a pályája során, azonban nem csupán ezért forrósodik fel annyira, hanem a csillag gravitációs hatásának köszönhetően is. A gravitációs erő periodikusan eldeformálja a gázóriás anyagát, majd ismét visszaáll eredeti alakja minden egyes keringési periódusban. Ez a folyamat jelentős mennyiségű gravitációs energiát alakít át a gázóriás belső hőjévé, amelyet aztán kisugároz elektromágneses sugárzás formájában, többek között éppen az infravörös tartományban, amelyet a Spitzer teleszkóp detektált.

A HD 80606b pályáját és felhevülési folyamatát ábrázoló infografika, a Spitzer-űrteleszkóp mérési eredményei szerint Forrás: NASA/JPL-CalTech

A mérési eredmények alapján a kutatók igyekeznek jobban megérteni e szokatlanul szélsőséges világok működését. Egyelőre csak nőnek a kérdések, mivel a várakozásokkal ellentétben a gravitációs fűtés mértéke és ennek következtében a pálya fokozatos módosulása lényegesen lassabban megy végbe, mint ahogyan azt gondolták. Mivel nem túl gyakran sikerül megfigyelni hasonló, vándorló, „forró Jupitert”, így joggal feltételezték, hogy ez a vándorlási időszak nem tarthat sokáig, azonban a Spitzer megfigyelései nem erre utalnak.

A két gázóriás, a HD 80 606b (balra) és a Jupiter Forrás: Wikimedia Commons/Aldaron

Ráadásul az eredményekből sikerült meghatározni, hogy a HD 80606b közel 90 napos periódussal forog a tengelye körül, ami szintén lassabb annál, amit feltételeztek.

Az eredmények fényében talán el kell vetni a vándorlásra vonatkozó elméletet,

és visszatérni ahhoz az elképzeléshez, amely szerint ezek a gázóriások a csillagukhoz közel alakulhattak ki. A kutatóknak egyelőre még nagyon sok kérdést kell megválaszolniuk a hihetetlenül extrém világok működésére és keletkezésére vonatkozólag.

(A szerző asztrofizikus, az MTA kutatója)