Az exobolygó-légkörök rejtélyes világa

200

Egy naprendszer két bolygójának légkörét is egyszerre figyelték meg a Gemini Planet Imagerrel. A tanulság: sok mindent nem tudunk még az exobolygó-atmoszférákról.

A HR 8799 jelű csillag az exobolygó-kutatók egy népszerű célpontja. Ez a viszonylag közeli égitest volt az egyik első, ahol közvetlen felvételekkel lehetett igazolni, hogy bolygók keringenek körülötte. Nem is egy, hanem három, majd nem sokkal később egy negyediket is azonosítottak, és azóta is intenzív vizsgálatok alanya. Nyáron számoltunk be magyar kutatók eredményeiről a központi csillag fényváltozásait illetően. De a nagyméretű, egyedileg megfigyelhető bolygók okán a rendszer nagyszerű kísérleti terep az exobolygó-légkörök kutatására is.

20140717_hr8799_kep1
A HR 8799 négy bolygója a központi csillag kitakart képe körül, a c és d légkörét vizsgálták meg a GPI-vel. (Forrás: NRC/HIA, C. Marois, Keck Observatory)

Csakhogy a bolygók légkörét nagyon nehéz detektálni, mivel roppant halványak a közelükben fénylő csillaghoz képest. A korábbi mérések alapján úgy tűnt, hogy a b, c és d bolygók légköre is gyanúsan kevés metánt tartalmaz. A hiányt okozhatja, hogy a bolygók igen vastag felhőzettel rendelkeznek, amely felmelegíti azok légkörét. A légkörmodellek számára azonban nagy nehézségeket okozott, hogy az infravörös mérésekhez illeszkedő, realisztikus bolygóátmérőt produkáljanak.

A fentiek fényében érthető, hogy a Patrick Ingraham (Stanford University) vezette, népes szerzőgárda miért pont a HR 8799-et választotta a nemrég üzembe állított Gemini Planetary Imager (GPI) műszer egyik első célpontjául. A chilei, nyolc méteres Gemini South távcsövön található detektor nem egy egyszerű kamera: a GPI egy integráltmező-spektrográf, amely képes a felvétel minden egyes pixelének a színképét is rögzíteni. Ez lehetővé tette, hogy a kutatók a c és d jelű bolygók színképét ugyanazzal a méréssel külön-külön felvegyék. (A b bolygó a látómezőn kívül volt, az e pedig túl közel látszott a csillaghoz.)

Az újonnan felvett spektrumok jó egyezést mutattak a korábbi eredményekkel. Azt is megfigyelték ugyanakkor, hogy a két bolygó színképe eltér egymástól, vagyis a főbb paramétereik (tömeg, hőmérséklet, stb.) jobban különböznek, mint korábban feltételezték. Ezek után megpróbálták részletesen modellezni a bolygók légkörét a korábbi méréseket is figyelembe véve.

20141004_hr8799_kep2
A két bolygóról gyűjtött, eddigi összes mérés: GPI (kék), Large Binocular Telescope (piros) és a palomari Hale-távcső (zöld). A fekete vonalak és pöttyök a rögzített bolygósugárral számolt modellek, a magenták a szabadon változtatható értékkel készültek. Látszik, hogy a fekete görbék nem illeszkednek túl jól. (Forrás: Ingraham et al.)

 

Azonban arra jutottak, hogy a legjobb légkörmodell sem illeszkedik mindegyik hullámhossztartományban a megfigyelésekre. A legnagyobb kihívás, hogy szükség lenne vastag felhőtakaróra az alsó rétegek melegítéséhez és a metán jelének elnyomásához, de a felhőréteg túl vastag sem lehet, hogy a mélyebb rétegekből eredő emisszió még megjelenhessen a spektrumban. Arra jutottak, hogy ha ragaszkodtak a bolygófejlődési modellek által meghatározott bolygósugárhoz nem képesek jól illeszteni a színképeket. Ha a sugarat szabad paraméterként kezelik a spektrum ugyan jobban rásimul a mérésekre, de akkor meg a bolygók mérete lenne túl kicsi a bolygókeletkezési és -fejlődési modellekhez képest.

A szerzők két lehetőséget vetnek fel a probléma megoldására. Egyrészt a bolygók szerkezete lehet olyan, hogy egy nagyon nagy méretű és tömegű magot vesz körbe egy hidrogén-hélium burok, némileg ellentmondva a bolygókeletkezési modelleknek. A másik, jóval valószínűbb lehetőség, hogy egyszerűen nem elég részletesek a légkörmodellek, és nem tartalmazzák még az idegen bolygólégkörök összetett kémiáját és hőszállítási módjait.

Teoretikusok gyakran viccelődnek azon, hogy a megfigyelési adatok csak arra jók, hogy belerondítsanak a gyönyörű szép modelljeikbe. Remélhetőleg a GPI megfigyelései alaposan felborítják majd az exobolygók atmoszféráiról szóló, egyelőre meglehetősen vázlatos elképzeléseket, és a következő években a kutatók egyre pontosabb modelleket tudnak majd készíteni ezekről az idegen világokról.

Az eredményeket bemutató szakcikk az Astrophysical Journal folyóiratban fog megjelenni.

Forrás: Astrobites

Hozzászólás

hozzászólás