Az eddig felfedezett exobolygók legnépesebb csoportja – a szub-Neptunuszok

Az idegen bolygórendszerekben olyan típusú planétákra is rábukkantak, amilyenek nincsenek jelen a mi Naprendszerünkben. Közéjük tartoznak a csillagukhoz roppant közel keringő forró Jupiterek és forró Neptunuszok, továbbá a szuperföldek – Föld átmérőjének maximum 1,6-szeresével rendelkező kőzetbolygók –, valamint a planétánk átmérőjének a 2–4-szeresével bíró szub-Neptunuszok (más néven mini-Neptunuszok), mely utóbbiak képezik az eddig felfedezett exobolygók legnépesebb családját.

A mini-Neptunuszok magakkréciók révén jönnek létre: a naprendszerek formálódása során előbb kialakul egy szilárd sziklás mag, mely miután eléri a kb. 1-3 földtömeget, gravitációjával magához kezdi vonzani a protoplanetáris korongban lévő hidrogént, ami akkréciós (anyagbefogási) korongot képezve kezd áramlani – spirális alakban – a mag felé, s így gázburok alakul ki a mag körül. De miért nem „híznak” Neptunusz vagy Uránusz méretűre a kialakulóban lévő bolygók? Nos, a gázburok további növekedését vagy a rendelkezésre álló gáz szétoszlása, vagy a hőt és a nyomást szabályozó belső mechanizmusok állítják meg. A későbbiekben vegyes belső szerkezet alakul ki, egy sziklás maggal, egy szilikátgőzöket tartalmazó réteggel és egy hidrogénben gazdag légkörrel, majd a gőzök lecsapódnak, fokozatosan átalakítva a planéták belső szerkezetét. S bár korábban úgy vélték, hogy a szub-Neptunuszok törpe gázbolygók, mára kiderült, hogy a sziklás mag és a vastag gázburok mellett legalább 25, de akár 50 százalékban folyékony vagy fagyott vizet is tartalmazhatnak. (Összehasonlításképp a Föld 0,02 százalékát alkotja a víz.) Most pedig ismerkedjünk meg néhány képviselőjükkel!

A tőlünk 120 fényévre lévő K2-18b kódnevű mini-Neptunusz csillaga lakhatósági zónájában kering, s ún. hycean világ. A hycean kifejezés a hidrogén és az óceán szavak összevonásából áll, olyan bolygóra utal, melynek atmoszférája döntően hidrogénből áll, felszínén gigantikus és roppant mély óceán hullámzik, míg a belsejében – a Neptunuszhoz hasonlóan – óriási nyomáson kialakult jég található. A NASA James Webb űrtávcsöve nemrég elemezte a légkörét, s kiderült, hogy az a hidrogén mellett metánt, szén-dioxidot és dimetil-szulfidot is tartalmaz, mely utóbbi vegyületet a Földön csak mikroorganizmusok bocsátják ki magukból, a baktériumok anyagcseréjének az egyik terméke. A planétán adott a kellő mértékű besugárzás, a folyékony víz, de élőlények is léteznek hatalmas óceánjában? A kérdés nyitott. A szintén amerikai Kepler űrtávcső által felfedezett, tőlünk mintegy 560 fényévre eső Kepler–10 bolygórendszer planétái közül a Kepler–10c egy, a csillagához közel keringő szub-Neptunusz, melynek sugara 2,35-szor, tömege pedig 11-szer akkora, mint a Föld sugara, illetve a tömege. Szintén vízi világ, ám minden, eddig felfedezett planétától különbözik, mivel egy jeges vízi világ. A NASA tudósai szerint naprendszere külső részén alakult ki, egy olyan pályán, ahol sok vízjég volt, mely bolygóvá állhatott össze, majd az égitest a különböző gravitációs hatások miatt fokozatosan beljebb sodródott, s végül a csillagához közeli pályára állt rá.

A James Webb űrteleszkóp által megfigyelt GJ1214b kódjelű mini-Neptunusz egy vörös törpecsillag körül kering, hozzá roppant közel. Mindössze 1,6 földi nap alatt kerüli meg központi égitestét. Teljesen beburkolja valamilyen köd vagy vastag felhőréteg, ezért légkörének összetétele egészen a közelmúltig rejtve maradt a kutatók előtt. A James Webb űrtávcső viszont követte a bolygó mozgását szinte az egész pályáján, vizsgálva a csillagnak a planéta légkörén átszűrődő fényét, emellett középinfravörös műszerével (MIRI) hőtérképet készített az égitest nappali és éjszakai oldaláról, így kiderült, hogy a nappalin 279, míg az éjszakain 165 Celsius-fokos hőség uralkodik, ilyen nagy különbség pedig nem döntően hidrogénből, hanem nehezebb molekulákból, pl. víz- vagy metánmolekulákból álló légkörökben jöhet létre. A bolygó atmoszférája valószínűleg vízpárát is tartalmaz, eredetileg vízi világ lehetett, így csak a csillagától távolabb alakulhatott ki, s később spirálozódott be egy közeli pályára.

A tőlünk 270 fényévre eső TOI-1136 kódjelű törpecsillag körül hat planéta kering. A legkisebb egy szub-Neptunusz, míg a többi Uránusz, illetve Neptunusz méretű, ami pedig különössé teszi a rendszert, az az, hogy mind a hat égitest kevesebb idő alatt kerüli meg csillagát, mint a Merkúr a Napot (egy merkúri év 88 földi napból áll). Az egész bolygórendszer elférne a Nap és a Merkúr között. A Naprendszerünktől száz fényévre lévő HD 110067 kódjelű csillag bolygórendszeréről pedig kiderítették, hogy mind a hat planétája mini-Neptunusz, melyek matematikailag hibátlan pályákon keringenek, melyek szabályossága rendkívülinek mondható.

A szub-Neptunuszok további kutatása tovább gazdagítja az univerzumról szerzett ismereteinket.

Lajos Mihály