Rácáfolt a tankönyvekre a James Webb, más lehet a bolygók alakja, mint gondoltuk
A csillagászok évtizedeken át szimmetrikus körökként modellezték a távoli világok atmoszféráját, a legújabb űrtávcsöves megfigyelések azonban rácáfoltak a tankönyvi egyszerűsítésekre. A James Webb űrteleszkóp adatai és egy úttörő brit–amerikai mérési eljárás feltárta, hogy a Földtől 1300 fényévre keringő WASP-17b légköre a tomboló szelek és az extrém hőség miatt féloldalasan felfúvódott, szabálytalan formát ölt.
A gázóriásokat ábrázoló modellek és illusztrációk szinte kivétel nélkül tökéletesen kerek golyóként jelenítik meg ezeket az égitesteket. A gravitáció valóban a gömbforma felé tereli a hatalmas tömegű égitesteket, a csillagukhoz közel keringő forró világok légköre azonban korántsem viselkedik ilyen szabályosan. A Nature Astronomy szakfolyóiratban publikált új kutatás elsőként bizonyította be közvetlen mérésekkel, hogy az úgynevezett forró Jupiterek atmoszférája nem szabályos gyűrűként öleli körbe a bolygótestet, hanem a viharok és a hőmérséklet-eltérések hatására aszimmetrikusan eldeformálódik.
A vizsgálatot az amerikai Cornell Egyetem és a brit Bristoli Egyetem kutatói vezették. Célpontjuk a WASP-17b volt, egy extrém módon felfújt, alacsony sűrűségű gázóriás, amely alig néhány nap alatt kerüli meg központi csillagát.
A csillagászok a légkör összetételét hagyományosan a tranzitok során vizsgálják: amikor a bolygó áthalad a csillaga előtt, a csillagfény egy része átszűrődik a bolygó peremén, az atmoszférában lévő gázok pedig jellegzetes ujjlenyomatot hagynak a fény spektrumában. A hagyományos modellek ezzel a módszerrel csupán egyetlen átlagos értéket tudtak kinyerni a teljes bolygóperemre vetítve. A David Grant és Hannah Wakeford bristoli asztrofizikusok által kifejlesztett tranzittérképezési eljárás ezt a korlátot töri át: a James Webb kivételes spektroszkópiai érzékenységét kihasználva a kutatók a bolygó peremét szegmensekre bontották, és különböző szögekből külön-külön rögzítették a fény elnyelődését.
Dr. Lili Alderson, a tanulmány vezető szerzője, a Cornell Egyetem Klarman-ösztöndíjas kutatója szerint ahelyett, hogy a légkört minden irányban egyforma sugarú, szabályos körnek tekintenék, az új módszerrel pontról pontra kimérhetők a bolygó középpontja és a pereme közötti eltérések.
A felfedezett eltérés pontosan ott bukkant fel a WASP-17b-n, ahol azt az elméleti légköri modellek korábban jósolták: az egyenlítő alkonyati oldalán. A forró Jupiterek többségéhez hasonlóan a WASP-17b is kötött keringésű, mindig ugyanazt az arcát fordítja a csillaga felé. Az égitest egyik felén örökös, perzselő nappal, a másikon fagyos sötétség uralkodik. Ez az óriási energiakülönbség szuperszonikus sebességű légköri szeleket gerjeszt, amelyek a nappali oldal forróságát az egyenlítő mentén a sötét oldal felé szállítják.
Az alkonyati oldalon a légkör hőmérséklete drasztikusan magasabb, mint a hajnali oldalon, ahol a lehűlt gázok fordulnak vissza a nappali oldal felé. A magasabb hőmérséklet miatt a gáz kitágul, így az atmoszféra az egyenlítő alkonyati felén látványosan felpúposodik, míg a hidegebb hajnali oldalon jóval sűrűbb és laposabb marad. A bolygó sziluettje tehát nem szabályos gömb, hanem deformált, aszimmetrikus ellipszoid.
Bár az exobolygók dinamikus klímáját és a hőátadó folyamatokat a szuperszámítógépes szimulációk évek óta leírták, közvetlen megfigyelésekkel mindeddig rendkívül nehéz volt alátámasztani ezeket az elméleteket. Dr. Hannah Wakeford, a Bristoli Egyetem asztrofizikusa kiemelte: a bolygók szeszélyes világok, légkörük komplex és kaotikus rendszert alkot. Az, hogy a matematikai modell és a több mint ezer fényévnyi távolságból érkező mérési adatok ilyen pontosan egybeestek, megerősíti, hogy a légköri fizikáról alkotott elképzelések helytállóak.
A sikeres demonstráció utat nyit a jelenleg ismert több mint hatezer exobolygó hasonló, részletes vizsgálata előtt. A tranzittérképezés módszere a jövőben nem csupán a nappali és éjszakai zónák közötti határvonalakat, hanem a különböző szélességi körök – az egyenlítő és a pólusok – közötti klímaeltéréseket is feltérképezheti.
