A forró Jupiterek

Óriási gázbolygók – központi csillaguk közvetlen közelében

Számunkra természetes, hogy Naprendszerünk belső tartományában kőzetbolygók – más néven Föld típusú bolygók –, a külső tartományban pedig óriási gázbolygók keringenek. Ám az idegen naprendszerek kutatása során sok olyan gázóriást fedeztek fel, melyek központi csillagukhoz roppant közel róják pályájuk kilométereit, ellentmondva (vagy látszólag ellentmondva) a bolygórendszerek kialakulásáról elfogadott hipotézisnek. Így létezésük kérdések egész sorát veti fel.

A naprendszerek kialakulásáról elfogadott elmélet szerint a megszülető csillag körüli protoplanetáris korongban beindul a porszemcsék, majd a kisebb-nagyobb anyagdarabok összetapadása, így bolygókezdemények jönnek létre. Ám mivel a csillagszél a könnyű gázokat a formálódó naprendszer külső részébe fújja, így annak belső tartományában a bolygócsírák – gravitációs erejükkel – csak további szilárd anyagdarabokat vonzanak magukhoz, így itt kőzetekből álló planéták jönnek létre, míg a Naprendszer külső részén a bolygókezdemények a tömegvonzásukkal összegyűjtik az oda kifújt könnyű gázokat, s e folyamat eredményeként megszületnek a döntő mértékben gázokból álló óriásbolygók. Igen meglepődtek a csillagászok, amikor az 1990-es években, az első exobolygók felfedezésekor kiderült, hogy azok a központi csillagukhoz nagyon közel keringő gázóriások, melyek légköre napjuk erős hősugárzása és árapályereje miatt mintegy 1000-3000 Celsius-fokra hevül, tömegük pedig a Jupiter tömegével egyenlő, vagy annál nagyobb, így ezeket a planétákat forró Jupitereknek nevezték el.

Közös vonásaik közé tartozik, hogy szinte mindegyikük közel kör alakú pályán kering, 0,05-0,015 csillagászati egységre (CSE) a központi csillagától, s kevesebb mint 88 földi nap alatt kerüli meg azt. Emlékeztetőül: Naprendszerünk legbelső bolygója, a Merkúr – ellipszis alakú pályán haladva – 0,45 CSE-re távolodik el a Naptól, és 0,3 CSE-re közelíti meg azt, keringési ideje pedig mintegy 88 földi nap. A forró Jupiterek tehát közelebb keringenek bolygórendszerük központi égitestéhez, mint a Merkúr a Naphoz. Emellett e különös planéták – csillaguk árapályerői miatt – kötött keringésűek, Nap körüli keringésük és tengelyforgási idejük azonos hosszúságú, így egyik féltekéjük állandóan a központi égitest felé fordul, és fényözönben úszik, míg a másik féltekéről sohasem látható a Nap, ezért ott örökös sötétség honol, alacsonyabb hőmérséklet mellett. A csillagra néző és az azzal ellentétes félteke közötti hőmérséklet-különbségek miatt pedig elképesztő erejű, több ezer k/h sebességet elérő szelek fújnak rajtuk. S e hihetetlen világok között is akadnak különösen hihetetlenek. Az eddig felfedezett exobolygók sorában a forró Jupiterek közül került ki a saját napjához legközelebb keringő planéta, az NGTS–10b, mely mindössze 18,4 óra alatt kerüli meg központi csillagát, s még épphogy kívül esik az ún. Roche-határon. De mi is a Roche-határ? Ez az a kritikus távolság egy csillag vagy egy bolygó középpontja és kísérő égiteste (planéta, illetve hold) között, melyen belülre kerülve a bolygót vagy holdat összetartó gravitációs erő már kisebb, mint a Nap vagy a planéta árapály­ereje, mely utóbbi így darabjaira tépi a csillag bolygóját vagy a bolygó holdját, s e törmelékek gyűrűvé állnak össze központi égitestük körül. Az NGTS–10b-re is ez a sors vár: a csillagászok számításai szerint lassan közeledik az említett határhoz, 39 millió év múlva átlépi azt, és szertehullik. Ám más veszély is leselkedhet a túl közel keringő forró Jupiterekre. A csillagok árapályerői ugyanis leszakíthatják róluk a légkört, s csupán a bolygók kőzetmagja marad meg, így alakulnak ki a forró Földek, mint amilyen a CoRoT–7, melynek izzó felszíne egyetlen lávatenger.

De miként létezhetnek forró Jupiterek, amikor a csillagok közvetlen közelében a hatalmas erejű hősugárzás, gravitáció és napszél mellett – eddigi ismereteink szerint – egyszerűen nem alakulhatnak ki gázóriások? Lehetséges válasz, hogy eredetileg a csillagok külső naprendszerében alakulnak ki, ám a közelben elhaladó más csillagok zavaró gravitációs hatásai a jelenlegi helyükre sodorják ezeket az égitesteket, melyek előbb elnyújtott ellipszis alakú pályán mozognak, majd kör alakú pályára állnak be. A folyamat elméletileg százmillió évig tart. S lehet, hogy a NASA fejlesztette Spitzer-űrtávcső által felfedezett HD 808606b jelű forró Jupiter-mozgása ezt a feltevést igazolja? A nevezett bolygó ugyanis az üstökösökéhez hasonló, roppant elnyújtott ellipszis alakú pályán halad, 111 földi nap alatt kerülve meg központi égitestét. Naptávolban nagymértékben eltávolodik a csillagától, napközelbe érve viszont annak gravitációs ereje miatt felgyorsítja a mozgását, napközelbe érve 24 óra alatt 1100 Celsius-fokra hevül, majd távolodása során hamar le is hűl. A napközeli felforrósodást azonban nemcsak a nagyobb mértékű hősugárzás váltja ki, hanem a központi csillag gravitációs ereje is, mely periodikusan eldeformálja a bolygó alakját, a gravitációs energia hőenergiává alakul át a planéta belsejében, ez a gravitációs fűtés pedig módosítja a bolygó pályáját. Ám a mérések azt mutatják, hogy a gravitációs fűtés mértéke kisebb, a pálya fokozatos módosulása pedig jóval lassúbb a vártnál. Emellett közel 90 nap alatt fordul meg a tengelye körül. Ez a bolygó tehát különbözik a többi, eddig ismert forró Jupitertől. S felmerül a kérdés: a HD 80606b csak egy szokatlan tagja ennek az égitestcsoportnak, és a forró Jupiterek egy még ismeretlen folyamat révén mégiscsak napközelben alakulnak ki, vagy annak a folyamatnak az állomását mutatja, melynek eredményeként egy, a külső naprendszerben megszülető gázóriás átáll a központi csillaga körüli stabil körpályára? A forró Jupiterek kialakulása tárgyában csak a jövő kutatásai nyomán mondhatjuk ki a végső szót.

Lajos Mihály