2014.10.14. - Szélsőséges időjárást térképeztek fel egy exobolygón

Egy amerikai kutatókból álló csoport a Hubble-űrtávcső észlelései alapján elkészítette az eddigi legrészletesebb hőmérsékleti és vízpára-eloszlási térképet egy távoli planéta szélsőséges paraméterekkel rendelkező légköréről.

A 2011-ben felfedezett WASP-43b jelű exobolygó mindössze 19,5 óra alatt kerüli meg a tőlünk 260 fényév távolságban található, K7 színképtípusú csillagát. A planéta mérete nagyjából akkora, mint a Jupiteré, tömege azonban körülbelül kétszerese a naprendszerbeli óriásénak. Mivel nagyon közeli pályán járja körbe a narancssárga központi égitestet, ezért keringése gravitációsan kötött, azaz mindig ugyanazon oldalát mutatja csillaga felé, hasonlóan ahhoz, ahogyan a Hold kering a Föld körül. A közelség és a kötött keringés okán a bolygón rendkívül szélsőségesek a viszonyok: az acél megolvasztásához is elegendő, körülbelül 1600 °C hőmérsékletű nappali oldalról hangsebességgel rohanó szelek fújnak a mintegy ezer fokkal hűvösebb, koromsötét éjszakai félteke felé. A főleg hidrogénből álló forró planétán nincsenek olyan felszíni alakzatok - óceánok, kontinensek -, amelyek segítségével nyomon lehetne követni a forgását, csak az éjszakai és a nappali oldal közötti hőmérséklet-különbség nyújthat a távoli megfigyelő számára támpontot ehhez. Spektroszkópiai mérések segítségével a Kevin Stevenson (University of Chicago) által vezetett csoportnak sikerült meghatároznia a WASP-43b légkörében a vízgőz mennyiségét és az atmoszféra különböző rétegeinek hőmérsékletét, a bolygó forgása alapján pedig az előbbi paraméterek hosszúság szerinti eloszlását is. A kutatók először tudták egy planéta három teljes forgási periódusát végig követni, ami Jean-Michel Désert (University of Colorado) szerint meghatározó volt a mérések szempontjából.

A WASP-43 és a körülötte keringő bolygó méret- és pályaviszonyai, illetve a planéta hőmérsékleti térképe. A kötött keringés miatt a bolygó csillag felé forduló és azzal ellentétes oldalának hőmérséklete között nagy különbség alakult ki. A fehér színnel jelzett részek mintegy 1500, a sötéttel jelölt területek pedig körülbelül 500 fokosak. Az óriási gradiens éles ellentétben áll a Naprendszer óriásainak nagyjából egyenletes hőmérséklet-eloszlásával. A Hubble infravörös mérései alapján a hőmérséklet magasság és hosszúság szerinti eloszlása is nyomon követhető.
[NASA, ESA, and K. Stevenson, L. Kreidberg, and J. Bean (University of Chicago)]

Mivel a Naprendszerben nem találunk ennyire szélsőséges viszonyokkal rendelkező bolygót, az ilyen bizarr légkörű planéták egyedülálló lehetőséget nyújtanak a bolygók formálódásának és fizikájuknak jobb megértéséhez. Laura Kreidberg (University of Chicago) magyarázata szerint a WASP-43b olyan forró, hogy az atmoszférájában az összes víz gőz formájában van jelen, ellentétben például a Jupiterrel, ahol az jeges felhőkbe kondenzálódik. A vízről pedig azt gondoljuk, hogy jelentős szerepet játszik az óriásbolygók kialakulásában, mert azokat fejlődésük korai szakaszában rengeteg jeges üstökös bombázza. A Naprendszer óriásbolygóinak víztartalmáról azonban nagyon kevés információnk van, mivel az jég formájában "leülepedik", így szinte eltűnik a megfigyelhető felsőlégkörből. A forró jupiterek esetében azonban a gőz állapot miatt spektroszkópiai módszerekkel viszonylag könnyen nyomon követhető. Kreidberg hangsúlyozta, hogy csoportjuk nem egyszerűen csak detektálta a vízgőzt a WASP-43b atmoszférájában, hanem a mennyiségét és a hosszúság szerinti eloszlását is megadta.

Az óriásbolygók létrejöttéhez vezető folyamatok jobb megértése érdekében minél többet kell tudnunk a kémiai összetételükről. A csoport eredményei szerint a WASP-43b esetében a víz mennyisége nagyjából annyi, amennyit egy, a Naphoz hasonló kémiai összetételű objektumtól várhatunk. Ez pedig Kreidberg szerint a bolygókeletkezéssel kapcsolatos alapvető tényre világít rá.

A csoport további bolygók esetében is tervezi a vízgőz-méréseket. A Hubble utóda, a James Webb űrteleszkóp - a célbolygó hőmérsékletétől függően - már nem csak a víz, de a szén-monoxid, a szén-dioxid, az ammónia és a metán mennyiségének meghatározására is képes lesz majd.

Az eredményeket részletező szakcikkek a Science Express-ben és az Astrophysical Journal Letters c. folyóiratban jelentek meg.

Forrás:

• STScI-2014-28