Szenzációs felfedezés: életre utalható nyomokat azonosítottak egy távoli bolygón

Egy "életgyanús", a K2-18b exobolygó művészi fantáziarajza

A NASA James Webb űrteleszkópjával elvégzett új vizsgálat a Földnél 8,6-szor nagyobb tömegű K2-18 b jelű exobolygón széntartalmú molekulákat, köztük metán és szén-dioxid jelenlétét tárta fel. A James Webb felfedezése azokat a közelmúltbeli megfigyeléseket erősíti meg, amelyek arra utalnak, hogy a K2-18 b olyan exobolygó lehet, amely hidrogénben gazdag légkörrel és víz-óceánnal borított felszínnel rendelkezik, vagyis potenciálisan jelen lehet rajta az élet.

Mindössze százhúsz fényévre fekszik tőlünk az életgyanús exobolygó

Az úgynevezett lakhatósági zónában keringő K2-18b jelű exobolygó alapvető légköri tulajdonságait először a NASA Hubble Űrteleszkópjával végzett megfigyelések tárták fel, ami további vizsgálatokat indított, és ezek azóta megváltoztatták a rendszerről alkotott képünket. A K2-18b exobolygó anyacsillaga az Oroszlán (Leo) csillagképben található, és K2-18-as katalógusszámmal jelzett alacsony felszíni hőmérsékletű törpecsillag.

A Hubble űrtávcső művészi illusztrációja Forrás: Science Photo Library

A bolygó a lakhatósági zónán belül kering a központi csillaga körül, és 120 fényévre fekszik a Földtől,

vagyis kozmikus léptékben relatíve közel fekszik hozzánk.

Az olyan exobolygók, mint a K2-18b, amelyek a Föld és a Neptunusz közötti méretűek, Naprendszerünk egyik bolygójához sem hasonlíthatók. Az egyenértékűközeli, vagyis az összehasonlításra alkalmas Naprendszeren belüli bolygók hiánya miatt ezeket a „szub-Neptunuszokat" rosszul ismerik még, ezért az atmoszférájuk összetétele is vitatott a csillagászok között. A legújabb megfigyelések szerint a K2-18b egy olyan úgynevezett hiceai exobolygó lehet, ami kiválóan alkalmas az életre vonatkozó bizonyítékok kutatásához.

A K2-18 b exobolygó művészi illusztrációja Forrás: NASA, CSA, ESA, J. Olmsted (STScI), Science: N. Madhusudhan (Cambridge University)

"Eredményeink alátámasztják annak fontosságát, hogy a változatos lakható környezeteket vizsgáljuk akkor, amikor máshol keressük az életet" - magyarázta Nikku Madhusudhan, a Cambridge-i Egyetem csillagásza, az eredményeket bejelentő tanulmány vezető szerzője. "Eddig az exobolygókon való életkeresés elsősorban a kisebb sziklás bolygókra irányult, de a nagyobb, ún. hiceáni világok lényegesen alkalmasabbak arra, hogy az atmoszférájukat tanulmányozhassuk" – nyilatkozta Nikku Madhusudhan.

Olyan molekulát találtak a bolygó légkörében, amit a Födön csak élő szervezetek állítanak elő

A metán és szén-dioxid bősége, valamint az ammóniahiány alátámasztja azt a hipotézist, hogy a K2-18b hidrogénben gazdag atmoszférája alatt folyékony vízből álló óceán lehet. A James Webb-űrtávcsővel elvégzett eddigi megfigyelések egy olyan dimetil-szulfidnak (DMS) nevezett molekula jelenlétét mutatta ki a bolygón, amit a Földön csak az élet hoz létre.

A Föld légkörében található DMS nagy része a tengeri környezetben található fitoplanktonból származik.

Fitoplankton virágzás a Barents-tengeren. A dimetil-szulfid (DMS) molekulát a Földön csak élő szervezetek, legnagyobb részt a tengeri fitoplanktonok állítják elő Forrás: The Conservation

„A további Webb-megfigyelésekkel tisztáznunk kell, hogy a DMS valóban jelentős mértékben van-e jelen a K2-18b légkörében" – nyilatkozta a tanulmány vezető szerzője, Nikku Madhusudhan. Noha a K2-18 b a lakhatósági zónában található, és ma már ismert, hogy széntartalmú molekulákat tartalmaz az atmoszférája, ez még nem feltétlenül azt jelenti, hogy a bolygón képes is tartósan fennmaradni az élet.

A Föld, a K2-18b exobolygó, valamint a Jupiter méretét összehasonlító grafika Forrás: PA/Pa Graphics

"Bár ilyen jellegű bolygó nem létezik a Naprendszerünkben, de ennek ellenére az úgynevezett szub-Neptunusz bolygótípus a legelterjedtebb a galaxisban, legalábbis az eddigi ismereteink alapján" - magyarázta Subhajit Sarkar, a Cardiffi Egyetem munkatársa. „Megkaptuk a lakhatósági zónában keringő K2-18 b szub-Neptunusz eddigi legrészletesebb spektrumát, és ez lehetővé tette számunkra, hogy meghatározzuk a légkörében létező molekulákat"- fűzte hozzá Subhajit Sarkar.

Foradalmi lehetőségeket nyitott a James Webb űrtávcső az exobolygó-kutatásban

A K2-18b-hez hasonló exobolygók atmoszférájának analízise – vagyis gázaik és fizikai jellemzőik azonosítása – új és nagyon aktív kutatási terület a csillagászatban. Ezeket a célirányos vizsgálatokat azonban nagyban megnehezíti, hogy az anyacsillagukhoz viszonylag közel, a lakhatósági zónán belül keringő exobolygók fényét elnyomja a központi csillaguk sokkal erősebb fénye.

Az "életgyanús" K2-18b exobolygó művészi fantáziarajza Forrás: A. Boersma

A kutatócsoport úgy kerülte meg ezt a kihívást, hogy akkor elemezte a K2-18b légkörét, amikor az elhaladt az anyacsillaga előtt. A K2-18b egy úgynevezett tranzitáló exobolygó, ami azt jelenti, hogy amikor a bolygó elhalad a központi csillaga előtt, a csillag fényességének csökkenését észlelhetjük. A tranzit során a csillagfény egy parányi része áthalad az exobolygó légkörén és olyan nyomokat hagy, amiből a csillagászok spektrográfiai módszerrel már képesek pontosan meghatározni az exobolygó légkörének gázait.

A James Webb űrtávcső NIRISS (közeli infravörös képalkotó és rés nélküli spektrográf) és NIRSpec (közeli infravörös spektrográf) műszerei segítségével a K2-18 b spektrumáról készített felvétel, ami bőséges mennyiségű metánt és szén-dioxidot mutat ki az exobolygó légkörében, valamint a dimetil-szulfidnak (DMS) nevezett molekula jelenlétét is Forrás: NASA, CSA, ESA, R. Crawford (STScI), J. Olmsted (STScI), Science: N. Madhusudhan (Cambridge University)

"Ez az eredmény csak a kiterjesztett hullámhossz-tartomány és a James Webb példátlan érzékenysége miatt volt lehetséges, ami lehetővé tette a spektrális jellemzők masszív detektálását mindössze két áthaladással" - mondta Madhusudhan. "A James Webb tranzitmegfigyelésének érzékenységére jó példa, hogy már egyetlen észlelés is olyan pontos volt,

amit csak nyolc Hubble-megfigyeléssel lehetett volna elérni,

méghozzá néhány éven keresztül folytatott és viszonylag szűk hullámhossz-tartományban végezett észleléssel" – fűzte hozzá a tanulmány vezető szerzője.

A James Webb űrteleszkóp művészi ábrája Forrás: NASA/JLP-Caltech

"Ezek mindössze két K2-18b megfigyelés eredményei, és még sok további észlelés van folyamatban" - magyarázta Savvas Constantinou, a Cambridge-i Egyetem munkatársa. "Az eddigi munkánk jó példa arra, hogy mire képes a James Webb-űrtávcső a lakhatósági zónás exobolygók kutatásában " - fűzte hozzá a Cambridge-i Egyetem szaktudósa.

A K2-18 b a lakhatósági zónán belül kering a központi csillaga körül Forrás: EarthSky

A csapat most további kutatásokat kíván végezni a teleszkóp MIRI (Mid-Infrared Instrument) spektrográfjával, ami reményeik szerint tovább erősíti az eddigi eredményeket, és új betekintést nyújt a K2-18 b környezeti viszonyaiba. A tanulmány a rangos The Astrophysical Journal Letters szaklapban jelent meg.