Először mutatták ki molekulák nyomait egy Naprendszeren kívüli bolygó légkörében

Első alkalommal sikerült egy Naprendszeren kívüli planétáról, egy exobolygóról annyi sugárzást összegyűjteni, hogy molekulák nyomát tudták kimutatni a légkörében - korábban ez csak egy-egy atom esetében sikerült. A légkör szárazabbnak és porosabbnak mutatkozik, mint várták, az eredmény mégis újabb fontos lépés a bolygóatmoszférák vizsgálatában.

Fantáziarajz a HD 209458b jelű exobolygóról, poros felhőkkel a légkörében (NASA, JPL-Caltech, Richardson, GSFC, Spitzer, IRS)

A csillagászat egyik legdinamikusabban fejlődő területe a Naprendszeren kívüli bolygók kutatása, melynek újdonságairól rendszeresen beszámolunk rovatunkban. Az elmúlt körülbelül két évtizedben több mint 200 exobolygót fedeztek fel, melyek szinte mindegyike óriásbolygó, a csillagához igen közel keringő "forró Jupiter" típusú planéta. A műszerek és észlelési módszerek fejlődésével egyre kisebb tömegű objektumokat sikerül észlelni, biztosan azonban még nem állíthatjuk, hogy a Földhöz hasonló tömegű égitestet is találtak Naphoz hasonló csillag körül (egy neutroncsillag esetében van ilyen eredmény).

Az exobolygó-kutatás egyik legizgalmasabb területe a bolygólégkörök (összehasonlító) vizsgálata, amely mindössze 6 éves múltra tekint vissza: 2001-ben észlelték első ízben közvetlenül egy Naprendszeren kívüli bolygó légkörét. Az úttörő jellegű megfigyelés a Föld körül keringő Hubble-űrtávcső (Hubble Space Telescope, HST) nevéhez fűződik.

 

Azóta már több hasonló megfigyelés történt, és bizonyos szerencsés körülmények között arra is lehet következtetni, hogy milyen elemek vannak a légkörben. 2004 februárjában először fedeztek fel elemi állapotú oxigént és szenet egy exobolygó atmoszférájában, ugyancsak a Hubble alkalmazásával.

Az elmúlt időszakban a Spitzer-űrteleszkóppal is több fontos megfigyelést végeztek az exobolygókkal kapcsolatban, például először sikerült közvetlenül észlelni sugárzást ilyen égitestekről. A legújabb "nagy dobás" ugyancsak a Spitzerhez fűződik, az alábbiakban ezt mutatjuk be részletesen.

Bolygó = (csillag + bolyó) - csillag

Az űrteleszkóppal a HD 189733b és a HD 209458b jelű exobolygók infravörös sugárzását vizsgálták. Ezek az égitestek 60, illetve 153 fényévre vannak a Földtől, a Vulpecula és a Pegasus csillagképben, és mindketten a forró Jupiterek kategóriájába tartoznak. (A HD 189733b planétát nemrég a magyar tervezésű és üzemeltetésű HAT robotteleszkóp-rendszer is sikeresen megfigyelte.)

A megfigyelés során azt tanulmányozták, miként változik az egyes exobolygók és csillaguk együttes infravörös színképe a planéta keringése során (színképüket nem sikerült külön-külön rögzíteni, mivel túl közel látszanak egymáshoz). Az első színképet akkor vették fel, amikor az adott exobolygó a Földről nézve a csillaga mellett látszott, a másikat pedig akkor, amikor mögötte volt - utóbbi esetben csak a csillag hagyott nyomot a színképben, a planéta viszont nem. Ezután a csillag és az exobolygó együttes sugárzásából levonták a csillagnak a bolygó nélküli sugárzását: így sikerült elkülöníteni a távoli planétáról érkező infravörös hullámhosszakat. Mindez csak az infravörös tartományban lehetséges, ahol nem túl erős a csillag sugárzása az exobolygóhoz képest.

A megfigyelés lépései. 1) A csillag és az exobolygó együttes színképének rögzítése 2) A csillag színképének rögzítése az exobolygó nélkül 3) A csillag és az exobolygó együttes színképéből a csillag színképének levonása után visszamarad a planéta színképe (NASA, JPL-Caltech, Richardson, GSFC, Spitzer, IRS)

Úttörő eredmény, bizonytalan színkép

A napokban közzétett beszámoló szerint első alkalommal sikerült olyan színképet rögzíteni, amelyben már nemcsak elemi állapotó atomok, hanem molekulák is azonosíthatók - lennének. Ám az elemzések eredménye meglepte a szakembereket: mindkét planéta színképe "egysíkú" és jellegtelen volt, alig mutatkoznak bennük molekuláktól származó színképvonalak. Ami a legfurcsább, hogy egyáltalán nem sikerült vizet kimutatni, pedig ez az anyag elméletileg az egyik legfontosabb összetevője ezeknek az égitesteknek. Bár a megfigyelések kiértékelése még nem jutott odáig, hogy a spektrumban rögzített összetételt részletesen megállapítsák, kimondható, hogy H₂O-nak nyoma sem mutatkozik. Annyit sikerült csak megállapítani, hogy a HD 209458b színképében a 9,65 mikrométer körüli sugárzás (emisszió) szilikátszemcséktől származhat. Emellett 7,78 mikrométeres hullámhossznál olyan azonosítatlan vonal mutatkozik, amely talán valamilyen széntartalmú anyagtól származhat.

A H₂O színképvonalainak hiánya azonban nem feltétlenül jelenti azt, hogy a távoli bolygó légkörében nincs is ilyen anyag. Elképzelhető, hogy sok olyan egyéb molekula fordul elő, amelyek emissziójától  nehezen vehetők észre a H₂O vonalai. A HD 209458b esetében az apró, lebegő szilikátszemcsék poros felhők formájában akár el is takarhatják a náluk mélyebben lévő vízréteget (bár ilyen magaszintű porfelhőkre nem találunk példát a Naprendszerben).

A HD 209458b jelű exobolygó infravörös spektruma, amelyben eddig szilikátszemcsék és a széntartalmú molekulák jellemzőit azonosították, H₂O-nak azonban (egyelőre) nyoma sincs (NASA, JPL-Caltech, Richardson, GSFC, Spitzer, IRS)

Korábban a HST megfigyeléseivel a HD 209458b esetében már a nátrium, az oxigén, a szén és a hidrogén jelenlétét is sikerült kimutatni, amelyek a légkör felső tartományában lehettek. A spektrum részletes elemzésével hamarosan kiderülhet, hogy ezek milyen molekulákká állnak össze.

A két exobolygó légköre tehát szárazabbnak, illetve porosabbnak mutatkozik, mint várták, az eredmény mégis újabb fontos lépés a bolygólégkörök vizsgálatában. Tény azonban, hogy az általunk ismert életet egyelőre csak a Földhöz hasonló kőzetbolygókon vagy holdakon tudjuk elképzelni, s ilyet egyelőre nem ismerünk. Az igaz áttörés akkor várható, ha ezeken tudjuk majd vizsgálni a légkört, olyan árulkodó jelek után kutatva (pl. oxigén, ózon), amelyek biológiai tevékenységre utalnak. A remények szerint erre 10 éven belül sor kerülhet.

Kereszturi Ákos