Exobolygó: először sikerült légkört felfedezni egy idegen csillagrendszer Föld-szerű bolygója körül

Az asztronómusok különleges héliumszökést észleltek egy idegen rendszerbeli Föld-típusú kőzetbolygón, ami eddig a legerősebb bizonyíték arra, hogy egy másik csillag lakhatósági zónájában lévő sziklás bolygó évmilliárdok óta megőrizhette a légkörét. Az LHS 1140 b jelű exobolygó kozmikus értelemben igen közel, mindössze 48 fényév távolságra fekszik a Földtől. Ez az első alkalom, hogy sikerült bizonyítékot találni egy másik csillag lakhatósági zónájában keringő kőzetbolygó körüli légkörre, abban a zónában, ahol a hőmérséklet lehetővé teszi a folyékony halmazállapotú víz tartós jelenlétét a bolygó felszínén.

Először sikerült légkör jelenlétét kimutatni egy exobolygón ( a kép illsuztráció) Forrás: NASA

Az évente különböző módszerekkel, így radiális sebesség (vörös), fedési zöld), és gravitációs lencse hatással (narancs)  felfedezett exobolygók számának alakulását mutató grafikon 2023-ig  Fotó: Betseg/Wikimedia Commons

E több ezer exobolygó között számos sziklás világot azonosítottak, de annak megállapítása, hogy ezek rendelkezhetnek-e légkörrel, már jóval nehezebb kérdésnek bizonyult. A kőzetbolygók légköre ugyanis sokkal vékonyabb mint a gázbolygóké, és ezt a vékony atmoszférát a hatalmas kozmikus távolságok miatt csak nagyon nehezen lehet kimutatni.

Sikeresen vizsgázott a gyakorlatban az elméleti modell

A tanulmányt jegyző tudóscsoport ahelyett, hogy komplett atmoszféra után kutatott volna, inkább egy légkörre utaló finom nyomra, a héliumgáz szivárgására koncentrált. 

A chilei Magellan Clay Telescope WINERED spektrográfjával a tudósok megfigyelték, ahogy az LHS 1140 b áthalad a központi csillaga előtt, amikor is egy kis csillagfény-csík szűrődhet át a bolygó légkörén, ha az égitest rendelkezik atmoszférával. 

Két exobolygó fedési görbéje  Fotó: MPE/NASA/JPL-Caltech

Az exobolygó áthaladása közben a kutatók egy apró bemélyedést kerestek a csillag fényében pontosan azon az infravörös hullámhosszon, amelyet a hélium blokkol – ez ugyanis árulkodó jele annak, hogy a bolygóról gáz áramlik az űrbe. 

Ez a detektálási módszer teljes egészében egy olyan elméleti matematikai modellen alapult, amit korábban még sohasem teszteltek sziklás exobolygókon. 2024 szeptemberében azonban a kutatócsoport ugyanazon az éjszakán észlelte az LHS 1140 b-t és egy kisebb, forróbb szomszédos exobolygót, az LHS 1140 c-t, amint kevesebb mint 40 perc különbséggel elhaladtak a központi csillaguk előtt. 

Egy exobolygó elhalad a központi csillaga előtt (művészi ábra)  Fotó: NASA, ESA and G. Bacon

Amíg a kutatóknak sikerült egyértelműen kimutatnia az LHS 1140 b-ről származó héliumjelet, ezzel szemben az LHS 1140 c semmit sem mutatott. E kettős megfigyelés rendkívül fontosnak bizonyult. Az LHS 1140 c ugyanis sokkal közelebb kering a központi csillagához mint az LHS 1140 b és nagyjából ötször annyi sugárzást kap, de jóval kisebb a tömege is, 

és ezek a körülmények jelentősen megkönnyítik – ha van ilyen –, a bolygóról kiszökő gáz észlelését. 

Azt, hogy semmilyen gázszökésre utaló jelet nem észleltek az LHS 1140 c-n, egyértelműen arra utal, hogy a bolygó a központi csillagához való közelsége miatt már rég elveszthette a légkörét, míg vele szemben a sokkal nagyobb tömegű és távolabb keringő, hűvösebb LHS 1140 b -nek megmaradt az atmoszférája.

Az LHS 1140 c, az LSH 1140 b exobolygók és a Föld méretét összehasonlító ábra  Fotó: Star Facts

 „Húsz évvel ezelőtt még azon tűnődtünk, hogy léteznek-e egyáltalán más Föld-típusú bolygók” – mondja Robin Wordsworth, a Harvard Egyetem föld- és bolygótudományi professzora, a tanulmány társszerzője. „Aztán megtudtuk, hogy gyakoriak, és találtunk néhányat a lakható zónában is. A következő kérdés az volt, hogy vajon sikerült-e bármelyiküknek is megtartania a légkörét. Most már tudjuk, hogy legalább az egyiknek igen” – magyarázza a felfedezés jelentőségét a Harvard professzora.

További kutatások tárhatják fel, hogy alkalmas lehet-e az életre a légkörrel rendelkező exobolygó

A felfedezés azért is különösen figyelemre méltónak számít, mert az olyan, a Tejútrendszerben egyébként nagyon gyakori vörös törpecsillagok, mint az LHS 1140, nagy energiájú sugárzással bombázhatják a közeli bolygóikat, ami pedig idővel képes eltávolítani ezek légkörét.

A vörös törpék kicsi és viszonylag hűvös csillagok, amelyek a csillagfejlődést leíró Hertzsprung-Russel-diagram fősorozatának kési M, vagy korai L színképosztályához tartoznak. A csillagászok a vörös törpéket tartják az univerzum leggyakoribb csillagainak. Tömegük a Nap tömegének fele, illetve 7 százaléka közé esik, a 7 százalék naptömegnél kisebb égitestek - amelyek tömege már túl kicsi a stabil hidrogén-hélium fúzió kialakulásához -, a barna törpék. A vörös törpék hőmérséklete viszonylag alacsony, ezért kevés fényt bocsátanak ki, annak is nagyobb részét az infravörös tartományban. Mivel a vörös törpék tömege túl kicsi ahhoz, hogy a hidrogénkészletük elégetése után a hélium magfúziója is elindulhasson, ezért nem fúvódnak fel vörös óriássá, hanem szép lassan összehúzódnak. Viszont a kis tömegük miatt a hidrogénkészletüket sokkal lassabban égetik el mint más fősorozatbeli csillagok, éppen ezért nagyon hosszú az élettartamuk is.

A rendszer vörös törpéjének a legalább 3,1 milliárd évre becsült kora alapján a kutatók úgy vélik, hogy az LHS 1140 b légköre valószínűleg az intenzív sugárzás ellenére is fennmaradt, ami arra utal, hogy a gyakori vörös törpék körül keringő egyes sziklás bolygók sokkal tovább megtarthatják légkörüket, mint azt korábban feltételezték.

Egy vörös törpe művészi ábrája  Fotó:  NASA/Walt Feime

 A kutatók azonban óvatosságra intenek, mivel a hélium kimutatása önmagában még nem jelenti azt, hogy a bolygó lakott – vagy akár azt, hogy lakható. 

Az eddigi megfigyelések csak az exobolygó vékony felső légkörét mutatták ki, nem pedig az atmoszféra teljes összetételét. 

A tudósok még mindig nem tudják, hogy az LHS 1140 b légköre tartalmaz-e oxigént, szén-dioxidot, vízgőzt vagy más olyan üvegházgázokat, amelyek Föld-szerűbbé és az élet számára is potenciálisan alkalmassá tehetik a felszínét. De ennek ellenére a felfedezés új távlatokat nyitott a távoli sziklás világok alaposabb megismeréséhez.

AZ LSH 1140 b belép a vörös törpe központi csillaga elé  Fotó: SciTechDaily

 „A tanulmány megmutatja, hogy legalább bizonyos esetekben elkezdhetjük majd pontosabban jellemezni a potenciálisan lakható bolygók légkörét” – mondja Edward Schwieterman, a Kaliforniai Egyetem asztrobiológia-docense. A kutató úgy véli, hogy ha csak a Naphoz hasonló csillagok körül keringő bolygók lennének képesek légkör fenntartására, úgy akár még több évtizedet is várnunk kell az első földönkívüli életnyomok felfedezésére. 

A további megfigyelések határozhatják majd meg, hogy milyen összetevőkből áll az LHS 1140 b légköre, és hogy tartalmazhat-e a lakhatósággal összefüggő jellemzőket, illetve hogy létezhetnek-e a bolygó felszínén óceánok vagy jelentősebb vízkészletek.

Az eredeti tanulmányt teljes terjedelmében és angol nyelven itt lehet elolvasni.

Az LHS 1140 b exobolygót tanulmányozó tudóscsoport felfedezte, hogy:

• a Földtől 48 fényév távolságra fekvő és a csillaga lakhatósági zónájában keringő exobolygó,
• saját légkörrel rendelkezik,
• amit első alkalommal sikerült kimutatni egy távoli csillagrendszer kőzetbolygója körül,
• és ami miatt a felfedezés új távlatot nyithat a Föld-szerű exobolygók, valamint a kozmikus életnyomok kutatásában is.