James Webb: először sikerült megfigyelni egy exobolygó felszínét

Az a gondolat, hogy a távoli csillagok körül is keringhetnek bolygók a Naprendszer planétáihoz hasonlóan, elméleti feltevésből csak az 1990-es évek közepén vált csillagászati megfigyelésekkel is alátámasztott tudományos bizonyossággá. Az exobolygók kutatásának alig három évtizedre visszanyúló történetében a szuperérzékeny James Webb űrteleszkóp segítségével ismét forradalmi előrelépés történt; a tudomány, illetve a csillagászat történetében ugyanis első alkalommal sikerült megfigyelni egy Naprendszeren kívüli távoli bolygó felszínét.

Egy exobolygó felszíne (művészi ábra) Fotó: Sci.News/Jin Ma / Beijing Planetarium

Jelenleg már több mint hatezer exobolygót katalogizáltak   Fotó: NASA

„Egy sötét, forró és kopár sziklás égitestet látunk, mindenféle légkör nélkül” – fűzi hozzá a Max Planck Csillagászati Intézet kutatója. A 2019-ben felfedezett LHS 3844 b az észlelések szerint igen barátságtalan és az élet számára alkalmatlan világ. 

Ez az exobolygó mindössze 11 óra alatt kerüli meg központi csillagát, 

egy viszonylag hűvös felszíni hőmérsékletű vörös törpét, és árapályfüggő, ami azt jelenti, hogy az egyik oldala folyamatosan a csillag felé néz, míg a másik állandóan sötétben marad. A tudósok mérései szerint szerint az LHS 3844 b nappali oldalának felszíni hőmérséklete körülbelül +725 Celsius-fokot ér el.

Vulkáni aktivitás alakíthatta a bolygó felszínét

Még 2023-ban és 2024-ben Kreidberg és csapata három másodlagos fogyatkozást figyelt meg, amikor az exobolygó a központi csillaga mögé került. A JWST közép-infravörös műszerével (MIRI) megmérték a bolygó intenzíven forró nappali oldaláról kibocsátott infravörös fényt, és ezt használták fel az égitest felszínének tanulmányozására. 

Az LHS 3844 b forró nappali oldalának infravörös spektruma a gazdacsillaghoz viszonyított fényességkontrasztból származik ppm-ben, különböző hullámhosszokon      Fotó: Sebastian Zieba et al./MPIA) / Space.com

A Földről, a Holdról és a Marsról ismert kőzetekkel és ásványokkal összehasonlítva, a kutatócsoport kizárta, hogy LHS 3844 b a Földhöz hasonlóan szilícium-dioxidban és gránitban gazdag kéreggel rendelkezne. Az ilyen típusú kérgek jellemzően a víz által vezérelt geológiai folyamatok és a lemeztektonika révén alakulnak ki, amelyek újrahasznosítják a kőzeteket és lehetővé teszik, hogy a könnyebb ásványok emelkedjenek a felszínre – jegyzik meg a tanulmány szerzői. 

Ehelyett egy olyan bolygófelszínre utalnak az adatok, amit a bazalt ural, egy olyan vasban és magnéziumban gazdag sötét vulkáni kőzet, ami gyakran megtalálható a Holdon és a Merkúron is – nyilatkozzák a kutatók.

A Hold felszínét a regolitnak nevezett sötétszürke por borítja    Fotó: NASA

Ez a bolygó valószínűleg csak nagyon kevés vizet tartalmaz” – mondja Sebastian Zieba, a massachusettsi Harvard & Smithsonian Asztrofizikai Központ munkatársa és a tanulmány vezető szerzője. 

A kutatók szerint a bolygó felszíni szerkezetére és ennek összetételére az lehet az egyik lehetséges magyarázat, hogy az LHS 3844 b viszonylag fiatal felszínnel rendelkezik, 

amelyet a közelmúltbeli vulkáni tevékenység formált és ahol a friss lávából kialakult felszínt még nem bontották meg jelentősen a mikrometeorit-becsapódások. 

A tanulmány szerint viszont az is ismert, hogy az ehhez hasonló folyamatok olyan gázokat szabadítanak fel, mint a szén-dioxid vagy a kén-dioxid, azonban ilyeneket a MIRI nem észlelt.

Hamarosan más távoli exobolygók felszínét is vizsgálni fogják

„Ha az LHS 3844 b-n észszerű mennyiségben jelen lennének ezek a gázok, úgy a MIRI-nek ki kellett volna mutatnia ezeket” – írják a kutatók. „Mégis semmit sem talált” – fűzik hozzá a tanulmányt jegyző tudósok. Egy másik alternatív megoldás szerint a bolygót egy olyan vastag, sötét és finomszemcsés anyagréteg boríthatja, ami hosszú idő alatt a sugárzás és a meteoritbecsapódások következtében alakult ki, hasonlóan a Holdhoz vagy a Merkúrhoz. 

A Merkúr kietlen felszínét számos becsapódási kráter borítja   Fotó:  NASA/Johns Hopkins University / Space.com

Légkör nélkül a felszín különösen sebezhetővé válik ezzel az űrmállásnak nevezett eróziós folyamattal szemben, ami fokozatosan lebontja, erodálja és elsötétíti a felszíni kérget alkotó kőzeteket. „Ez az alternatíva hosszabb geológiai inaktivitási időszakokra támaszkodik, ezáltal az első forgatókönyvvel ellentétes feltételeket igényel” – olvasható a tudóscsoport közleményében. A kutatócsoport újabb megfigyeléseket tervez a James Webb űrtávcső segítségével, hogy további részleteket tárjanak fel az LHS 3844 b exobolygó felszíni tulajdonságairól annak meghatározására, hogy szilárd, homogén kőzet vagy laza, mállott anyag takarja-e a bolygó felszínét.

A közeljövőben már más exobolygók felszíne is vizsgálható lesz Fotó: Eos.com

„Biztosak vagyunk benne, hogy ugyanezzel a technikával tisztázhatjuk az LHS 3844 b kérgének és a jövőben más sziklás exobolygóknak a természetét is” – mondja Laura Kreidberg, a Max Planck Csillagászati Intézet kutatója, a tanulmány vezető szerzője.

A Nature Astronomy csillagászati szakfolyóiratban május 4-én megjelent publikáció teljes terjedelemben és angol nyelven itt olvasható el.

A James Webb űrteleszkóp segítségével:

• első alkalommal sikerült egy Naprendszeren kívüli bolygó felszínéről adatokat gyűjteni,
• a teleszkóp közép-infravörös (MIRI) műszeregységével,
• a kapott adatok pedig arra utalnak, hogy az LHS 3844 b exobolygó leginkább a Merkúrhoz hasonló,
• és vulkáni eredetű sötét bazaltos kőzetanyagból álló felszínnel rendelkező égitest.