A csillagok halála nem feltétlenül jelenti a körülöttük keringő bolygórendszerek végét. Egy nemzetközi kutatócsoport a James Webb űrtávcső (JWST) segítségével nyert páratlan bepillantást abba, mi történik a gázóriásokkal azután, hogy a központi csillaguk elpusztul. A felfedezés gyakorlatilag egy kozmikus időgép, amely megmutatja, milyen sors vár a mi Naprendszerünkre – és benne a Jupiterre – mintegy ötmilliárd év múlva.

Nem titok, hogy nagyjából ötmilliárd év múlva a mi Napunk magjában is elfogy a fűtőanyagként szolgáló hidrogén. Csillagunk ekkor a jelenlegi méretének több mint százszorosára dagadva vörös óriássá válik, elnyelve és elpusztítva a Merkúrt, a Vénuszt, és nagy valószínűséggel a Földet is. Ezt követően ledobja magáról a külső rétegeit, és élete végén egy apró, sűrű fehér törpévé zsugorodik. A távolabbi bolygók, különösen a gázóriások sorsa azonban eddig meglehetősen homályos volt a csillagászok előtt. A Nature tudományos folyóiratban most publikált kutatás épp ezért történelmi jelentőségű: a tudósoknak sikerült egy olyan, Naphoz hasonló, de már elpusztult csillag maradványát és a körülötte keringő bolygót megvizsgálniuk, ami pontosan ezt a távoli jövőt modellezi – írja a EurekAlert.

A bolygó, ami hétszer nagyobb a csillagánál

A fókuszba egy, a TESS űrtávcső által 2020-ban felfedezett, majd a Spitzer megfigyeléseivel megerősített exobolygó, a WD 1856 b került, amely egy nagyjából 80 fényévre lévő fehér törpe (a WD 1856+534) körül kering. A James Webb űrtávcsővel végzett legújabb megfigyelések során a kutatóknak sikerült megmérniük a bolygó tömegét, hőmérsékletét, valamint spektroszkópiai megfigyelésekkel azonosítaniuk a légkörének néhány összetevőjét.

Ez a bolygó egy igazi csodabogár. Nagyjából akkora, mint a mi Jupiterünk, a körülötte keringő fehér törpe viszont csak Föld méretű. Vagyis a bolygó hétszer nagyobb, mint a saját csillaga

– magyarázta Dr. Ryan MacDonald, a St Andrews Egyetem kutatója és a tanulmány vezető szerzője.

Ami azonban igazán különlegessé teszi a WD 1856 b-t, az a csillagától mért extrém kis távolsága: ötvenszer közelebb kering a fehér törpéhez, mint a Föld a Naphoz. Ez az első olyan ismert eset, amikor egy fehér törpe közvetlen közelében egy látszólag épen megmaradt óriásbolygót figyeltek meg. A bökkenő csak az, hogy ha a bolygó eredetileg is ezen a pályán mozgott volna, a csillag vörös óriás fázisa során azonnal megsemmisül. Hogyan élhette túl tehát a központi csillag halálát, és hogyan került a jelenlegi, szűk pályájára?

Gravitációs biliárd

A rejtély megoldásához a James Webb űrtávcső rendkívüli érzékenységére volt szükség. A kutatók egy úgynevezett „súroló fedést” figyeltek meg, amikor a bolygó legfelső rétege áthaladt a csillag korongja előtt. Az adatokból kiderült, hogy a bolygó tömege a Jupiterének négyszerese és tizenegyszerese közé tehető.

A legmegdöbbentőbb adatot azonban az infravörös mérések szolgáltatták: a WD 1856 b hőmérséklete nagyjából 400 kelvin, azaz 126 °C. Ez a laikusok számára talán nem tűnik extrémnek, de a fizikusok szerint a bolygó mintegy 240 fokkal forróbb annál, mint amilyen akkor lenne, ha kizárólag a halvány fehér törpe fénye melegítené. A kutatók szerint ez a meglepő hőtöbblet lett a kulcs a múltjának megfejtéséhez.

Dr. Christopher O’Connor, a Northwestern University asztrofizikusa, aki a bolygó hőmérsékleti múltjának visszakövetéséért felelt, elmondta: a hőtöbblet legvalószínűbb magyarázata, hogy ez maradékenergia egy olyan korábbi időszakból, amikor a bolygó jelentős fűtőhatásnak volt kitéve. A csapat két lehetséges forgatókönyvet vizsgált:

1. A bolygót a haldokló csillag elnyelte, de valahogy mégis túlélte a belsejében.
2. A bolygó eredetileg biztonságos távolságban keringett, és csak később, más égitestek gravitációs hatására vándorolt befelé. Mivel a fehér törpe egy hármas csillagrendszer része, a külső kísérőcsillagok gravitációja drasztikusan módosíthatta a gázóriás pályáját.

A modellek és a Webb adatai alapján az eredmények a második forgatókönyvvel vannak összhangban, és ezt támasztják alá a leginkább. A kutatók kiszámolták, hogy a bolygó extrém felmelegedése mintegy 3-5,5 milliárd évvel azután történt, hogy a csillag fehér törpévé vált. Eszerint a gázóriás a vörös óriás fázis alatt egy távoli, biztonságos pályán vészelte át a kataklizmát, és csak jóval később kezdett el befelé vándorolni. Ahogy egyre közelebb került a halott csillaghoz, a fehér törpe brutális gravitációs vonzása árapály-erők révén felhevítette a bolygót, amely azóta is folyamatosan hűl.

Metánfelhők egy halott csillag felett

A kutatás azonban nemcsak a bolygó történetét fejtette meg, hanem újabb történelmi elsőséget is hozott: a tudósoknak először sikerült spektroszkópiai úton kimutatniuk egy halott csillag körül keringő bolygó légkörének összetevőit.

A tranzit, azaz a bolygó csillag előtti elhaladása mindössze nyolc percig tart, ráadásul a fehér törpék elképesztően halványak. Dr. Victoria Boehm, a Cornell Egyetem kutatója szerint kizárólag a James Webb űrtávcső képes arra, hogy ilyen extrém rövid idő alatt, ilyen gyenge fényviszonyok mellett rögzítse a bolygó légkörén átszűrődő fény spektrumát. A bravúr sikerült: az adatok apró felhőrészecskék és szénhidrogének, nagy valószínűséggel metán jelenlétére utalnak a gázóriás atmoszférájában.

„Ez még csak a kezdete a halott csillagok körül keringő bolygók Webb-bel történő felfedezésének” – összegezte Dr. MacDonald. „Eredményeink világosan bizonyítják: egy csillag halála nem jelenti a mindenség végét. Bizonyos bolygókra még a központi csillaguk elpusztulása után is kifejezetten élénk és mozgalmas jövő vár.”