Van víz a távoli bolygókon, de akad egy nagy probléma vele

exobolygó
Vágólapra másolva!
A Naprendszeren kívüli bolygók légköri összetételének eddigi legátfogóbb elemzése a vártnál kevesebb vizet talált, ami megingatja a bolygókeletkezés elfogadott elméleteit.
Vágólapra másolva!

A Cambridge-i Egyetem által koordinált kutatócsoport 19 exobolygó légköri adatait felhasználva végzett részletes méréseket a kémiai összetétel és a hőmérséklet megállapítása céljából. A kutatásban szereplő Naprendszeren kívüli bolygók széles méretskálát fednek le a nagyjából 10 földtömegnyi „mini-Neptunusztól" a több mint 600 földtömegnyi „szuper-Jupiterig", és légköri hőmérsékletük ugyancsak széles tartományban, közel 20 és több mint 2000 Celsius-fok között szóródik. A mi Naprendszerünk óriásbolygóihoz hasonlóan ezeknek az exobolygóknak a légköre is hidrogénben gazdag, de a legkülönbözőbb fajta csillagok körül keringenek.

A kutatók azt állapították meg, hogy bár a vízgőz közönséges összetevő az exobolygók légkörében, annak mennyisége sok bolygó esetében meglepően alulmúlja a várakozásokat,

miközben a bolygókon talált többi elem mennyisége nagyjából megfelel az elvártnak. Az eredmények egy ötéves kutatási program keretében születtek, amely a Naprendszeren kívüli bolygók légkörének vegyi összetételét volt hivatott feltérképezni, és az Astrophysical Journal Letters című folyóiratban láttak napvilágot.

– mondta el Nikku Madhusudhan, a cambridge-i Asztronómiai Intézet munkatársa és a projekt vezetője, aki öt évvel ezelőtt maga végezte az óriás exobolygók vízszegénységét kimutató kezdeti méréseket.

Illusztráció Forrás: Science Photo Library/MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Mark Garlick/Science Photo Libra

Hogyan vizsgálták a távoli bolygók légkörét?

A mi naprendszerünkben a szénnek a hidrogénhez viszonyított aránya lényegesen magasabb az óriásbolygók légkörében, mint a Napéban. A csillagászok úgy vélik, hogy ez a relatív „széngazdagság" a bolygók képződésének idején alakult ki, amikor az akkréciónak nevezett folyamat során a formálódó bolygók nagy mennyiségű vízjeget, kőzetet és egyéb anyagrészecskét gyűjtöttek magukba.

A hidrogéntől különböző többi elem mennyiségét – különösképp az oxigénét, amely a hidrogén és a hélium után a harmadik leggyakoribb elem a világegyetemben – hasonlóan nagynak jósolták az óriás exobolygók légkörében. S mivel az oxigén leginkább vízben kötött formában fordul elő, a kutatók jelentős mennyiségű atmoszférikus vizet vártak volna ugyanitt.

A nemzetközi csoport tagjai földi- és űrteleszkópok – egyebek között a Hubble Űrteleszkóp, a Spitzer Űrteleszkóp, a chilei Very Large Telescope és a Kanári-szigeteki Gran Telescopio – által rögzített hatalmas tömegű spektroszkópiai adatot használtak fel a számításaikhoz. A teleszkópok megfigyelései, valamint a részletes számítási modellek, a statisztikai módszerek, illetve a nátrium és a kálium atomi sajátságai révén a kutatók meg tudták becsülni egyes elemek és vegyületek mennyiségét a mintát alkotó bolygók légkörében.

A vízgőz mennyiségét a 19 bolygóból 14 esetében sikerült meghatározniuk, míg a nátrium és a kálium mennyiségét 6-6 bolygó esetében tudták kiszámítani.

Az eredmények az oxigén relatív hiányára utalnak a többi elemhez képest, és további kémiai információt nyújtanak arról, miként formálódhattak ezek a bolygók számottevő mennyiségű vízjég akkréciója nélkül.

Miért nehéz a Jupiter vizsgálata?

„Hihetetlen ilyen csekély mennyiségű vizet látni ennyiféle csillag körül keringő sok különböző bolygó légkörében" – mondta Madhusudhan. „Elég rendkívüli dolog, hogy sikerült az exobolygók légkörében meghatároznunk ezeknek az anyagoknak a mennyiségét, különösen ha azt vesszük, hogy ezzel még a saját naprendszerünk óriásbolygói, köztük legközelebbi gázóriás szomszédunk, a Jupiter esetében is adósak vagyunk" – tette hozzá Luis Welbanks, a tanulmány vezető szerzője és a cambridge-i Asztronómiai Intézet doktorandusza.

A Jupiter légkörében található víz mennyiségének meghatározására irányuló eddigi kísérletek, beleértve a NASA éppen zajló Juno misszióját, mindeddig kudarcot vallottak. „Minthogy a Jupiter annyira hideg, ami vízgőz a légkörében van, az bizonyosan szilárd halmazállapotú, s ez megnehezíti a mérését – magyarázta Welbanks. – Ha a Jupiter légkörét vízben olyan gazdagnak találnánk, ahogy az eddigi elméletek jósolják, az azt jelentené, hogy a Jupiter másként alakult ki, mint a jelenlegi tanulmányban szereplő exobolygók."

„További kutatásunk során szeretnénk növelni a tanulmányozott bolygók elemszámát.

– nyilatkozta Madhusudhan.

Forrás: NASA/JPL

A cikkben közölt adatok arra mutatnak, hogy el kell vetnünk azt a feltételezést, miszerint az egyes elemek bármely bolygó légkörében hasonló arányban fordulnak elő. Ez viszont ellentmond a bolygókeletkezés legtöbb elfogadott elméleti modelljének. „Mivel a földi életből kiindulva a vízre mint a lakhatóság egyik letéteményesére tekintünk, fontos megtudnunk, hogy a mi naprendszerünkön túli más bolygórendszerekben mennyi víz található" – szögezte le végül Madusudhan.