Színképelemzéssel a lakható exobolygók nyomában

2916

Egy új kutatás szerint bizonyos esetekben az exobolygókról érkező fény elemzésével megállapíthatóvá válhat, hogy a bolygó rendelkezik-e azokkal a klimatikus tulajdonságokkal, amelyek a lakható világokra jellemzők. Az új technika felfedheti a csillagok lakhatósági zónájának belső határát. Ez a zóna olyan övezet a csillag körül, ahol egy kőzetbolygó felszínén folyékony víz lehet.

Művészi illusztráció egy vörös törpéről vagy M színképtípusú csillagról, amely körül három exobolygó kering. A csillagok nagyjából 75 százaléka az alacsony hőmérsékletű, kis méretű vörös törpék közé tartozik. (Forrás: NASA/JPL-Caltech)

„A lakható bolygók felszínén értelemszerűen van víz.” – mondta Eric Wolf, a Coloradói Egyetem munkatársa. „A víz megjelenhet óceánként, jégként, hóként, vízgőzként és felhőként. Ezek mindegyike más-más hatással van az éghajlatra. Ezeket a hatásokat talán észlelhetjük, és általuk megállapíthatjuk, hogy az életre alkalmas-e a bolygó klímája.” Wolf a vezető szerzője az eredményeket közlő tanulmánynak, amely május 22-én jelent meg az Astrophysical Journal szaklapban.

Az elhelyezkedés fontos szempont egy földi ingatlan értékének meghatározásakor, és a kozmoszban sincs ez másként. Ha egy bolygó vagy bolygószerű égitest túl közel kering a csillagához, akkor a csillag intenzív sugárzása miatt elpárolognak róla az óceánok, és a víz végül teljesen elvész az űrben. Ezt az állapotot, amit elszabadult üvegházhatásnak neveznek, a saját Naprendszerünkben is ismerjük: ez történt a Vénuszon, a Föld Naphoz közelebbi szomszédján. A Vénusz majdnem akkora, mint a Föld, és egykor lehettek óceánjai, de már régen elpárologtak a bolygó Naphoz közeli pályája miatt. A Vénusz száraz felszíne nagyjából százszor nagyobb légköri nyomásnak van kitéve, mint a Földé, és olyan forrón izzik, hogy még az ólmot is megolvasztaná. Ezzel ellentétben, ha egy bolygó vagy bolygószerű égitest túl messze van a csillagától, az óceánjai megfagynak, ahogy azt a külső Naprendszer jeges holdjain, az Europán és az Enceladuson is látjuk.

A folyékony víz fontos dolog: köztudott, hogy ahol van folyékony víz, ott lehetséges az élet. A csillagok lakhatósági zónájának nevezik azt a tartományt, amelyben a bolygók megfelelő távolságra vannak a csillagtól ahhoz, hogy a folyékony víz megmaradjon a felszínükön.

Még nem áll módunkban más csillagok körül keringő bolygókra, azaz exobolygókra utazni, mivel rettentő távolságra vannak tőlünk, ezért kénytelenek vagyunk a róluk érkező fényt elemezni, ha kíváncsiak vagyunk arra, hogy lakhatóak-e. Ha ezt a fényt a színeire, vagyis spektrumára bontjuk, azonosíthatjuk az exobolygó légkörének összetételét, mivel mindegyik összetevő más-más, jellegzetes hullámhosszú fényt bocsát ki, és nyel el. Egy exobolygó színképét ennek megfelelően csúcsok és völgyek tarkítják. A kutatók szimulációt futtattak le egy exobolygó infravörös spektrumáról. Az infravörös sugárzás az exobolygó hősugárzása, amely vagy annak saját belső hőjéből, vagy csillagának elnyelt és újra kibocsájtott sugárzásából származik. Az infravörös fény az emberi szem számára láthatatlan, de speciális kamerákkal és távcsövekre szerelt célműszerekkel érzékelhető.

A kutatás során megállapították, hogy a színképi jellemzők úgy utalnak a különböző éghajlati állapotokra, mintha csak azok aláírásai lennének. „A különböző éghajlati állapotokban – a hideg, a meleg és az elszabadult üvegházhatás esetén, ami nagyon meleg – különböző mennyiségű vízgőz van a légkörben.” – mondta Ravi Kopparapu, a NASA Goddard Űrközpontjának munkatársa, a tanulmány társszerzője. „A vízgőz mennyisége befolyásolja az exobolygó által kibocsátott sugárzást, ami megváltoztatja a spektrumot, azaz hogy melyik hullámhosszon mennyi energiát bocsát ki, és így mennyire látszik fényesnek az adott szín.”

A szimulációk szerint a Földnél jóval hidegebb exobolygók is lakhatók lehetnek, mert kis mennyiségű folyékony vízzel rendelkeznek, amikor a csillag közelében vannak. Egy ideális, lakható exobolygó persze a Földéhez hasonló, mérsékelt klímával rendelkezik, és nagyobb a légkörében a vízgőz mennyisége. Az elszabadult üvegházhatás állapotában még több vízgőz van a légkörben. A kutatók szerint lehetséges, hogy a forró és nedves éghajlati viszonyok, mint amilyen az elszabadult üvegházhatás, azonosíthatók az exobolygók színképében, valamint azáltal is, hogy megfigyeljük, miként változnak a színképek a bolygó keringése során. Kopparapu szerint, ha ez igaz, akkor észlelés útján is megtalálható a lakhatósági zónák belső széle, amelyet eddig csak klímamodellekkel lehetett szimulálni. A csapat ajánl is egy módszert az eljárás tesztelésére.

Az az ötlet, hogy egy exobolygó emissziós és reflexiós spektrumából határozzuk meg, hogy lakható-e, nem újkeletű. A kutatók most a Napnál kisebb és halványabb, M és K típusú csillagok körül keringő exobolygók spektrumára futtattak szimulációkat. Olyan sajátosságokat találtak, amelyek megkülönböztetik az elszabadult üvegházhatást a lakható éghajlati jellemzőktől, így felhasználhatók arra, hogy megtaláljuk a lakhatósági zóna belső szélét. A kutatók a coloradói Nemzeti Légkörkutató Központ háromdimenziós modelljét, a Közösségi Légköri Modellt (CAM) alakították át a lakható exobolygók tulajdonságainak megfelelően, és ExoCAM-nek nevezték el.

Az M és K színképtípusú csillagok halványabbak a Napnál, de gyakoriak. Az élet felkutatása a világegyetemben szinte szerencsejáték, ezért a kutatókat a gyakori csillagok körül keringő exobolygók érdeklik leginkább, és a megismert jellemzők alapján eldönthető, hogy mely bolygókat érdemes behatóbban vizsgálni. A szimulációkban a földihez hasonló légköri nyomással rendelkező bolygókat vizsgáltak, amelyeken annyi óceán van, mint a Földön, és csak vízgőz, valamint nitrogén van jelen légköri gázként. A kutatócsoport most készül kiterjeszteni a kutatást a paraméterek megváltoztatásával, hogy lássák, mennyire megbízható az előrejelzés; a Földtől különböző exobolygó infravörös spektrumának változásai alapján meghatározható-e a lakhatósági zóna belső széle.

Mivel ezek a spektrumok halványak, az exobolygónak elég közel kell lennie ahhoz, hogy megállapíthassuk, lakható-e. „A NASA James Webb-űrtávcsöve segítségével egy nagyon fényes, nagyon kicsi, M-típusú csillag körül keringő exobolygó lakhatóságát vizsgálhatjuk meg, amely kevesebb, mint 50 fényévre van tőlünk.” – mondta Kopparapu. Egy fényév, vagyis a távolság, amit a fény egy év alatt megtesz, nagyjából 9,5 billió kilométer. Összehasonlításul a hozzánk legközelebbi csillagok az alfa Centauri rendszerben kicsit több, mint négy fényévre vannak tőlünk, galaxisunk pedig nagyjából 100 ezer fényév átmérőjű.

Forrás: NASA

Hozzászólás

hozzászólás