Az első felvétel egy exobolygó körüli anyagbefogási korongról

Szerző: Rezes Dániel

A Chilében, az Atacama-sivatagban található Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) csillagászainak első alkalommal sikerült észlelniük egy Naprendszeren túli bolygó (exobolygó) körül található anyagbefogási korongot. A nemzetközi kutatócsoport megfigyelése új megvilágításba helyezheti a fiatal naprendszerekben lezajló bolygó- és holdképződési folyamatokat.

Az ALMA 12 méteres antennáinak egyike.
Kép forrása: Iztok Bončina/ESO – http://www.eso.org/public/images/potw1040a/; CC BY 4.0

Az ALMA a világ eddig épített legnagyobb rádiótávcső-rendszere, mely több nemzetközi obszervatórium és kutatóintézet közös projektje. A rádióteleszkópot 66 nagy-precizitású antenna építi fel. Ezek közül a rendszer fő részét – mely együttműködve egy teleszkópként üzemel – 50 darab 12 méter átmérőjű antenna teszi ki. Ezt egészíti ki 4 darab 12 méter átmérőjű és 12 darab 7 méter átmérőjű antenna. Az Atacama-sivatag nagy tengerszint feletti magassága és száraz klímája egyedülálló lehetőséget kínál a világűrből érkező milliméteres és milliméter alatti hullámhosszúságú elektromágneses hullámok detektálására, gyűjtésére és vizsgálatára. Ezek a hullámok a Világegyetem legeldugottabb és tudományos szempontból is igen érdekes területeiről hordoznak információt.

Az exobolygó, mely körül az ún. bolygó körüli korongot a kutatók azonosították, a PDS 70c jelű, Jupiterhez hasonló óriásbolygó. Az említett exobolygó és társa (PDS 70b) egy olyan csillag körül kering, mely a Földtől közel 400 fényév (~3,8×1015 km) távolságra található. A csillagászok ezidáig csak nyomait vélték felfedezni a PDS 70c exobolygót körülölelő korongnak, mivel egyértelműen nem sikerült elkülöníteni a környezetétől, így mostanáig létezését nem tudták minden kétséget kizáróan bizonyítani. Ezen felül az ALMA rendkívüli felbontásának köszönhetően nem csak azonosítani sikerült a korongot, hanem méretét és tömegét is meg lehetett becsülni általa. A mérések eredményeként kiderült, hogy a korong átmérője nagyjából megegyezik a Nap-Föld távolsággal (~1,5×108 km) és anyagának mennyisége elegendő három, Holdhoz hasonló méretű égi kísérő kialakításához.

Az Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) felvétele a PDS 70c jelű exobolygót övező holdkeletkezési akkréciós korongról és környezetéről. A bal oldali felvétel középpontjában láthatjuk a naprendszer központi helyzetében található PDS 70 jelű csillagot és csillag körüli korongját, míg a jobb oldali kivágat középpontjában a PDS 70c jelű exobolygót és az azt körülvevő bolygó körüli korongot figyelhetjük meg. A bolygókettős másik tagja (PDS 70b) nem szerepel a felvételen.
Kép forrása: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Benisty et al. (2021)

Amellett, hogy a felfedezés kulcsfontosságú a holdak keletkezésének megismerése szempontjából, rendkívül lényeges a bolygókeletkezésre vonatkozó elméletek alátámasztásában is, ugyanis ezeknek a hipotéziseknek a tesztelésére nem nyílt ezidáig alkalom. A bolygók fiatal csillagok körüli porkorongokban keletkeznek. Fejlődésük során pályájuk mentén a növekedésükhöz szükséges anyagot a csillag körüli akkréciós korongból nyerik. A folyamat során a bolygó saját bolygó körüli korongra is szert tehet, mely segíti a növekedést a befogott anyag mennyiségének szabályozása által. Ezzel egyidőben a bolygó körüli gáz-por korongban ütközések történnek, mely során holdak születnek. Ennek az elméletnek az eddig nem megértett hányada az, hogy a bolygók és holdak a rendszerben mikor, hol és hogyan jönnek létre.

„Napjainkra több, mint 4000 exobolygót azonosítottunk, ám ezek közül mind érett (idős) rendszerekben található. A Jupiter-Szaturnusz pároshoz hasonló PDS 70b és PDS 70c bolygókettős az egyedüli két ismert exobolygó, melynek éppen folyik a keletkezése.” – szemlélteti a távoli naprendszer fontosságát Miriam Keppler, a tanulmány egyik társszerzője.

A rendszer még mélyebb megértésében hamarosan fontos szerepet játszhat az ESO-nak (European Southern Observatory) a chilei Atacama-sivatagban jelenleg is épülő Extremely Large Telescope (ELT) nevű távcsöve. A műszer még pontosabb felbontást tesz majd lehetővé, mely által részletekbe menően válik térképezhetővé a PDS 70c exobolygót magába foglaló naprendszer.

Források:

[1] https://www.eso.org/public/news/eso2111/?lang&fbclid=IwAR3rFbY_45cp0WBZB01Kr6SuEts-F5AEEe0Iv6anNR5OhnIJRIxz6PvLgfs
[2] Benisty, M., Bae, J., Facchini, S., Keppler, M., Teague, R., Isella, A., … & Zurlo, A. (2021). A Circumplanetary Disk around PDS70c. The Astrophysical Journal Letters, 916(1), L2.
[3] https://www.almaobservatory.org/en/about-alma/

Először mutattak ki szénizotópokat egy exobolygó légkörében

Szerző: Bardóczné Kocsis Erzsó

A valamivel több, mint 300 fényévnyi távolságban található exobolygó légkörében szénizotópokat sikerült felfedezni – számol be a Sciencealert.com – Először sikerült a csillagászoknak a TYC 8998-760-1 b nevű gázbolygó körüli ködben a szén egyik izotópját, a 13-as tömegszámút kimutatni. Ebből arra következtettek, hogy az exobolygó távol a szülőcsillagától, naprendszerének hidegebb részén, az úgynevezett hóhatáron túl alakulhatott ki. Ezzel az eredménnyel a planéták képződésének eddig kevésbé ismert folyamatát tudjuk kicsit másabb oldalról is megközelíteni. Yapeng Zhang csillagász (Leideni Egyetem, Hollandia) nyilatkozata szerint igazán lenyűgöző, hogy ilyen hatalmas távolságból is tudunk méréseket végezni egy exobolygó légkörében. Már eddig is különlegesnek tarthattuk a 2019-ben felfedezett TYC 8998-760-1 b-t. A planéta az exobolygók azon rendkívül ritka csoportjába tartozik, amelyeket közvetlenül meg tudunk vizsgálni. Ha azonosítani szeretnénk a bolygókat, akkor a következő módon tudjuk azt megtenni: a csillagok nagyon-nagyon fényesek, a planéták pedig ehhez képest sokkal halványabbak. Hogy tudjuk mégis akkor észlelni őket? Meg kell figyelni, hogyan hat a környezetére, hogyan változik a gravitációs tér, hogyan halványítja el a csillagok fényét, mikor elhalad a közelükben. Ezek tökéletesen beválnak, ha az adott bolygónk a csillagához közel van. De a TYC 8998-760-1 b elég nagy távolságban kering a sajátja körül – körülbelül 160 csillagászati egységnyi távolságban. Milyen messze lehet? Összehasonlításképpen vegyük a Plutót, ami 40 csillagászati egységnyi távolságra kering a Nap körül. Vizsgált planétánk óriási, tömege tizennégyszerese és mérete kétszerese a Jupiternek. A Zhang vezette kutatócsoport ezért tudta közelebbről is megvizsgálni: a csillag által visszavert fény segítségével szerettek volna több adatot gyűjteni. Egész pontosan a chilei Európai Déli Obszervatórium Nagyon Nagy Távcsövének Spectrograph for Integral Field Observations in the Near Infrared (SINFONI) nevű műszert használták. A fény spektrumát figyelve az abszorpciós jellemzőket kereste a kutatócsoport. A spektrum egészen sötét vonalai után kutattak, amelyek akkor keletkeznek, amikor egyes elemek a bizonyos hullámhosszúságú fényt elnyelnek. A kutatók azt találták, hogy a TYC 8998-760-1 b által elnyelt hullámhosszok összhangban vannak a szén egyik izotópjával, a már említett 13-as tömegszámúval. Ez feltételezésük szerint elsősorban szén-monoxid gázban van megkötve. Az izotópok atommagjai azonos számú protonból, de eltérő számú neutronból épülnek fel. Egy adott elem izotópjai a periódusos rendszerben ugyanazon helyet foglalják el a periódusos rendszerben, csak a tömegszámuk nem ugyanaz.

A 12-es tömegszámú szén a leggyakoribb stabil szénizotóp. Minden részecskéből hat darab található benne. A 13-as tömegszámú szenet viszont hat proton, hat elektron, de hét neutron építi fel. Ezt azért fontos külön megjegyezni, mert egyrészt máshogy keletkeznek, másrészt a környezeti körülményektől függően másképp viselkednek. A TYC 8998-760-1 b-n a kutatók ezek után nagy reményekkel várták a kutatások eredményét. Az exobolygó légkörében talált 13-as tömegszámú szén mennyisége kétszerese volt a vártnak. A kutatócsoport abban bízik, hogy a kapott eredmények segíteni fognak megérteni a TYC 8998-760-1 b bolygó eredetmítoszát. Paul Mollière asztrofizikus (Max Planck Csillagászati Intézet, Németország) magyarázata szerint a bolygó több mint százötvenszer messzebb van a szülőcsillagától, mint a Földünk a Napunktól. Ilyen nagy távolságban a jég valószínűleg több 13-as tömegszámú szenet tartalmaz. Ez okozhatja a planéta légkörében ma található izotóp nagyobb arányát.

Azt már tudták a kutatók, hogy különböző gázoknak különböző hóhatára van. A vizsgált területen a szén-monoxid már kondenzálódott és gázból jéggé fagyott. Bármely exobolygó, amely az anyacsillagának melegétől ilyen messze keletkezett, valószínűleg magában foglal ilyen szén-monoxid-jeget. A kutatók állítása szerint a Naprendszer ismert bolygói nem alakulnának ki annyi szén-monoxiddal, mint a TYC 8998-760-1 b. Ennek igen egyszerű a magyarázata: sokkal közelebb vannak a Naphoz. Mégis, a Naprendszerben is találkozhatunk hasonló jelenséggel. A deutérium, azaz a nehézhidrogén a hidrogén egyik stabil izotópja. Atommagját deuteronnak nevezik, ami egy protont és egy neutront tartalmaz. Normál hidrogén ugyebár csupán egy proton alkotja. A Neptunusz és az Uránusz jóval gazdagabb deutériumban, mint a Jupiter. Ennek oka valószínűleg az, hogy a bolygók hóhatáron túl alakulhattak ki. Sok exobolygó esetében nem alkalmazható az izótópos vizsgálat. Ám ahogy a távcsöveink egyre jobbak lesznek, egyre pontosabb légkör-profilokat kaphatunk majd a többi távoli planétáról is. Ignas Snellen (Leideni Egyetem, Hollandia) szerint a jövőben ezen izotópok tovább segítenek majd a bolygók kialakulásának megértésében: hogyan, hol és mikor jöhetnek létre planéták. Ez a kutatási eredmény csak kezdete a témába vágó további vizsgálatoknak. A vonatkozó kutatási eredményt a Nature című folyóiratban publikálták.

A cikk a Sciencealert.com-on megjelent írás fordítása.