Különös gázóriások

A vörös törpe gigászi kísérőjétől a fehér törpe óriásbolygójáig

Az eddig felfedezett idegen naprendszerek többsége merőben más szerkezetű, mint a miénk, s egzotikus bolygótípusokkal is rendelkeznek, például csillagukhoz roppant közel keringő, forró Jupiterekkel és forró Neptunuszokkal, ám rajtuk kívül más különös gázóriásokra is bukkantak, melyek akár meg is kérdőjelezik a bolygók, naprendszerek kialakulásának eddigi elméleteit.

A vörös törpék a világegyetem leggyakoribb csillagai közé tartoznak. Korábban csak kisebb, Föld típusú kőzetbolygókat fedeztek fel a közelükben, a vörös törpék születéséről kidolgozott elméletek pedig nem is tartották valószínűnek, hogy ezek a kis méretű égitestek gázóriásokkal rendelkezhetnének. Az óriásbolygók ugyanis a legelfogadottabb teória szerint úgy jönnek létre, hogy előbb kőzetanyagokból összeáll a jókora magjuk, mely ezt követően hatalmas mennyiségű gázt vonz magához a fiatal csillag körüli protoplanetáris korongból, tehát magának az új csillagnak is nagy mennyiségű anyagot kell maga köré gyűjtenie a tömegvonzásával. A vörös törpékről ezt nem feltételezték, a valóság azonban rácáfolt a hipotézisre: már rábukkantak néhány vörös törpe körül keringő gázóriásra. Az amerikai Carnegie Intézet csillagásza, Shubham Kanodia által vezetett kutatócsoport pedig a napokban, a Jupiternél csak mintegy négyszer nagyobb átmérőjű TOI–5205 katalógusjelű vörös törpe közelében fedezett fel egy Jupiter méretű planétát, a TOI–5205 b-t. „Ha kezdetben nincs elég kőzetanyag a korongban a mag kialakulásához, akkor nem jöhet létre gázóriás. A végén pedig, ha a korong eloszlik, mielőtt a mag kialakulna, akkor sem jöhet létre. A TOI–5205 b mégis ki tudott alakulni. A bolygóképződésről szerzett ismereteink alapján a TOI–5205 b nem létezhetne” – fejtette ki Kanodia. Eszerint hát át kell gondolnunk a planéták születéséről felállított elméleteket. Emellett a fiatal AB Aurigae csillag körül formálódó, a Jupiternél kilencszer nagyobb tömegű gázóriás, az AB Aurigae b képződése is eltér az átlagostól, ugyanis koronginstabilitás útján jön létre. Miről is van szó? A protoplanetáris korongban kialakuló planéták általában lassan, fokozatosan épülnek fel kisebb darabokból, a koronginstabilitás útján lezajló bolygóképződés során viszont a protoplanetáris korong lehűlésével egyidejűleg a korongban gravitációs összeroskadások következnek be, és így születnek meg a planéták. S az AB Aurigae b is úgy formálódik, hogy a körülötte lévő gáz- és porkorong elkezd lehűlni, ezt pedig a gravitáció egy vagy több sűrűbb tömegű darabra szaggatja, melyekből bolygók képződnek.

Míg a TOI–5205 b a puszta létével, az AB Aurigae b pedig kialakulásának módjával lepte meg a kutatókat, addig a HD149026 b katalógusjelű gázóriás – más néven a Smetrios – a légköre összetétele miatt érdemel figyelmet. Naprendszerünk óriásbolygóira az jellemző, hogy minél nagyobb a tömegük, annál kisebb arányban vannak jelen atmoszférájukban a hidrogénnél és a héliumnál nehezebb elemek. A NASA Webb-űrtávcsövével megvizsgált, a Naphoz hasonló csillag körül keringő, a Szaturnuszéval megegyező tömegű HD149026 b jelű forró Jupiter légköre viszont igen gazdag nehéz elemekben, köztük oxigénben és szénben. Mint Jonathan Lunine, az amerikai Cornell Egyetem bolygókutatója és fizikusa kijelentette, a Smetrios atmoszférájában a nehéz elemeknek a hidrogénhez és a héliumhoz viszonyított aránya 27-szer magasabb, mint a Szaturnuszéban. Ráadásul a szén-oxigén arány is magasabb, mint amekkorát Naprendszerünk óriásbolygói esetében kimutattak. Jacob Bean, a Chicagói Egyetem csillagásza és asztrofizikusa pedig rámutatott: az új felfedezés azt jelzi, hogy az idegen naprendszerek gázóriásai nemcsak általános összetételük tekintetében – amiről már tudomásunk volt –, hanem légkörük összetételét tekintve is rendkívül változatos képet mutatnak.

Ám megeshet, hogy az óriásbolygók elveszítik a légkörüket. David Armstrong, a nagy-britanniai Warwicki Egyetem csillagásza és kutatótársai egy különös égitestet fedeztek fel a Naphoz hasonló TOI–849 kódjelű csillag körül, hozzá igen közel, 0,015 csillagászati egységre. Átmérője 3,45-szor nagyobb a Földénél, hasonló méretű, mint a Neptunusz, a tömege viszont 39-szer nagyobb a bolygónkénál. Mi lehet ez a méretéhez képest szokatlanul nagy tömegű égitest? A korábbi számítógépes modellek szerint a 10-20 földtömegűnél nagyobb tömegűként megszülető bolygóknak elegendő gravitációs erejük van ahhoz, hogy nagy mennyiségű gázt vonzzanak magukhoz a protoplanetáris korongból, és a Jupiterhez hasonló gázóriásokká váljanak. Lehet, hogy a TOI–849 b egy forró Jupiter lecsupaszított magja? (Az óriásbolygók magja néhányszor tíz földtömegű.) De miként tűnt el a légköre? Elképzelhető, hogy az atmoszférát a csillag ragadta el a gravitációs erejével, de más gázóriásokkal való ütközése során is elveszthette azt, viszont az sem lehetetlen, hogy egy fejlődésében megakadt óriásbolygó, melynek sohasem alakult ki a légköre, mivel a protoplanetáris korongban lévő anyag nagy része addigra már eltűnt. A kérdés még tisztázásra vár.

Bizonyságot nyert viszont, hogy a WDJO814+1914 kódjelű fehér törpe körül egy Neptunuszhoz hasonló óriásbolygó kering. A planétát a nagy-britanniai Warwicki Egyetem Boris Gansicke által vezetett csillagász kutatócsoportja fedezte fel. Ez az első, fehér törpe körül felfedezett gázóriás, mely legalább kétszer nagyobb átmérővel rendelkezik, mint anyacsillaga, melyhez igen közel kering, így a fehér törpe az erős ultraibolya sugárzásával fokozatosan hántja lefelé az óriásbolygó légkörét, melynek egy része kisodródik a világűrbe, más része pedig spirális alakban, akkréciós korongot alkotva áramlik a csillag felé. De miként került a planéta a jelenlegi helyére? A Naphoz hasonló csillagok életük vége felé vörös óriásokká fúvódnak fel, majd ledobják külső rétegeiket, s maradványaik a fehér törpék. Ha a most felfedezett bolygó eredetileg is közel keringett volna a csillaghoz, akkor az vörös óriássá válva elnyelte volna. Tehát jóval távolabb keringett, és csak a Naprendszer más bolygóinak a gravitációs hatása sodorta jelenlegi pályájára.

S ki tudja, milyen különös óriásbolygókat fedeznek még fel a végtelen világegyetemben…

Lajos Mihály