Történelmi áttörés született az exobolygók légkörének feltérképezésében: tudósok először alkottak meg egy háromdimenziós térképet egy távoli bolygó légköréről. A James Webb Űrtávcső (JWST) adatait és az úgynevezett eclipse mapping technikát alkalmazva sikerült feltérképezniük a WASP-18b exobolygó légkörének különböző hőmérsékleti zónáit. Ez a gázóriás mintegy 400 fényévnyi távolságra található Földünktől.
A kutatás háttere és jelentősége
A Nature Astronomy folyóiratban 2023. október 28-án megjelent tanulmány szerint az eclipse mapping módszer lehetővé teszi, hogy olyan exobolygókat is képesek legyünk „megfigyelni”, amelyeket közvetlenül nem láthatunk, mert csillaguk fénye túl erős. Ryan Challener, a Cornell Egyetem exobolygó-kutatója így fogalmazott: „Ezzel a távcsővel és az új technikával elkezdhetjük az exobolygók megértését hasonló módon, mint ahogy a Naprendszerünk szomszédait ismerjük.”
A WASP-18b alapvető jellemzői
- Tömeg: Körülbelül tízszerese a Jupiter tömegének.
- Év hossza: Mindössze 23 órás, vagyis rendkívül gyorsan kering csillaga körül.
- Tidálisan lekötött: Egyik oldala folyamatosan a csillag felé néz, míg a másik oldal mindig sötétben van.
Eclipse mapping – hogyan működik?
Amikor egy bolygó elhalad csillaga mögött (azaz „eltűnik” előle nézve), a csillag fokozatosan eltakarja a bolygóról visszaverődő fényt. Az eclipse mapping ezt a változást használja ki: mérve, hogy miként változik a bolygó fénye az eltakaródás és újra megjelenés során, meg lehet határozni az adott légköri régiók és magasságok hőmérsékletét.
„Ez rendkívül nehéz feladat, hiszen apró területek eltűnését és visszatérését kell követni”, magyarázta Challener.
A háromdimenziós légköri térkép létrehozása
A kutatók korábban már készítettek kétdimenziós hőtérképet a WASP-18b-ről, de most különböző hullámhosszú fényadatokat használtak fel, hogy részletesebb, háromdimenziós modellt alkossanak. Például olyan hullámhosszakat vizsgáltak, amelyeket a víz elnyel, így feltérképezhették a bolygó nedves felső légkörét. Azokon a hullámhosszakon, amelyeket nem nyel el a víz, az űrtávcső mélyebbre tudott látni az atmoszférában.
Ezzel a módszerrel több JWST megfigyelést rétegeztek egymásra, így sikerült létrehozniuk egy több szintből álló 3D modellt WASP-18b légköréről.
A WASP-18b légköri hőmérsékleti zónái
A kutatócsoport két jól elkülöníthető hőmérsékleti régiót talált a bolygó nappali oldalán:
- Központi forró pont: Egy kör alakú „hotspot”, amely közvetlenül a csillag felé néz és kapja a legtöbb napfényt.
- Környező hidegebb gyűrű: Ez körbeveszi a hotspotot egészen a bolygó látható pereméig.
Ebből arra következtetnek, hogy az atmoszférikus szelek nem képesek teljesen eloszlatni a csillagtól érkező hőt az egész bolygón.
A víztartalom és annak lebomlása
A hotspot területén kevesebb vizet találtak, mint a bolygó átlagos légköri részében. Ez arra utalhat, hogy ezen a forró ponton olyan magasak lehetnek a hőmérsékletek, hogy elkezdik széttörni a vízmolekulákat. Challener szerint ez egy izgalmas megfigyelés, mert bár elméletileg már korábban is feltételezték ezt, most először sikerült valódi adatokkal alátámasztani.
A jövőbeni kilátások és további kutatások
További JWST mérések segítségével még nagyobb felbontású légköri térképek készíthetők majd WASP-18b-ről. Emellett ez az új technika lehetőséget ad arra is, hogy más hasonló gázóriások atmoszféráját is háromdimenzióban tanulmányozzuk.
Ryan Challener így foglalta össze: „Ez az új módszer számos más bolygóra is alkalmazható lesz, amelyeket meg tudunk figyelni a James Webb Űrtávcsővel. Elkezdhetjük az exobolygók 3D-s populációs szintű megértését – ami rendkívül izgalmas.”