Két, vattacukornál könnyebb óriásbolygót fedeztek fel 1110 fényévnyire tőlünk

A csillagászok páratlan vattacukor óriásbolygópárt azonosítottak az univerzumban: a TOI-791 b és TOI-791 c névre keresztelt két égitestet.

Méretben a Jupiterrel vetekszenek, sűrűségük azonban még a vattacukornál is kisebb. A felfedezést az Oxfordi Egyetem vezette nemzetközi kutatócsoport tette közzé június 25-én a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society folyóiratban.

A két bolygó egy Napunkhoz hasonló, F7 típusú törpecsillag körül kering (lásd címlapképünket), amely a déli félteke Volans csillagképében található, mintegy 1110 fényévre tőlünk.

A NASA TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) űrteleszkópja fedezte fel őket, a csillag fényességének ismétlődő halványodását figyelve — ez az átvonuló bolygók jellegzetes ismertetőjele.

A TOI-791 b sűrűsége 0,038, a TOI-791 c-é 0,047 gramm köbcentiméterenként – a vattacukor jellemző sűrűsége 0,05 gramm köbcentiméter körül van, tehát az új bolygók még ennél is kisebb értéket mutatnak.

A Jupiter átlagsűrűsége 1,33 gramm köbcentiméterenként, vagyis a két szuperpuff 28–35-ször lazább szerkezetű, mint a naprendszerünk legnagyobb bolygója. A TOI-791 b tömege a Jupiterének mindössze 3, a TOI-791 c-é 5,9 százaléka – miközben mindkettő nagyjából akkora, mint a Jupiter, vagy annál is nagyobb.

Az anyag tehát óriási térfogatban oszlik el rendkívül ritkán: olyan ez, mintha egy focilabda méretű tömör golyó helyett egy ugyanakkora, papírból gyűrt gömböt tartanánk a kezünkben – a méret azonos, de szinte semmi sincs benne.

„Sűrűségük egy frissen fújt borotvahab-folthoz hasonlítható” – fogalmazott George Dransfield, az Oxfordi Egyetem asztrofizikusa és a tanulmány vezető szerzője. A vattacukor-hasonlat nem azt jelenti, hogy a bolygók puhák vagy édesek: anyaguk egyszerűen olyan hatalmas térfogatban oszlik el, hogy az átlagos sűrűségük szinte nullára csökken.

Mi az a szuperpuff?

A „szuperpuff” nem sajtónyelvi metafora, hanem tényleges csillagászati besorolás: olyan exobolygókat jelöl, amelyek szokatlanul nagy térfogatúak a tömegükhöz képest. A NASA exobolygó-katalógusában nyilvántartott közel 6300 megerősített égitestből kevesebb mint 40 sorolható ebbe a kategóriába – és közülük eddig csak elvétve találtak szuperpuffot ugyanabban a rendszerben. Kettőt egyszerre, ugyanabban a bolygórendszerben, eddig még soha.

„Csak egy maroknyi ilyen bolygó ismert, és még ritkább kettőt találni ugyanabban a rendszerben. Rendkívül alacsony sűrűségük lenyűgöző célponttá teszi őket a bolygórendszerek kialakulásának és fejlődésének megértéséhez” – mondta Dransfield.

Nyolc év, egy antarktiszi teleszkóp és önkéntes kutatók

A felfedezés nem egyetlen éjszaka alatt történt. A TOI-791 b-t 2019-ben, a TOI-791 c-t 2023-ban önkéntesek jelölték meg bolygójelöltként, akik a NASA Planet Hunters TESS polgári tudományos projektje keretében elemezték a műhold adatait. A megerősítéshez azonban nyolc évnyi közös megfigyelésre volt szükség a világ minden tájáról.

Különleges szerepet játszott az Antarktiszon, a Concordia állomáson működő ASTEP (Antarctic Search for Transiting ExoPlanets) teleszkóp. A déli sarkvidéki tél hónapokon át tartó folyamatos sötétsége lehetővé tette, hogy a csillagászok megszakítás nélkül megfigyeljék és rögzítsék a bolygók több mint 11 órán át tartó átvonulásait – ezek a valaha Földről teljes egészében megfigyelt leghosszabb bolygótranzitok. A TESS összesen 1122 nap adatot gyűjtött a rendszerről hét év alatt.

A vattacukor óriásbolygók tömegét elegáns módszerrel határozták meg: a két égitest gravitációsan befolyásolja egymás pályáját, ami apró eltéréseket okoz az átvonulások időzítésében. Ezeknek az eltéréseknek az elemzésével – az úgynevezett tranzitidőzítési variáció módszerével – a kutatók meg tudták becsülni a tömegeket, és ezzel megerősíteni a szuperpuff besorolást.

Szokatlan pályák és ritka gravitációs összehangolódás

A két bolygót a sűrűségükön kívül a pályájuk is rendkívülivé teszi. A TOI-791 b 139 nap alatt, a TOI-791 c 232 nap alatt kerüli meg csillagát – ilyen hosszú keringési idejű exobolygókat igen ritkán sikerül azonosítani és megerősíteni, hiszen ehhez hosszú, kitartó megfigyelési sorozatokra van szükség.

A két bolygó ráadásul gravitációs rezonanciában van egymással: a belső bolygó pontosan ötször kerüli meg a csillagát, miközben a külső háromszor. Ugyanez a jelenség alakítja ki a Szaturnusz gyűrűinek látható mintázatait, és tartja szinkronban a Jupiter egyes holdjait. Hogy ez a jelenség szuperpuff exobolygók rendszerében is megtalálható, még különlegesebbé teszi a felfedezést.

Hogyan keletkezhettek?

A szuperpuff bolygók keletkezése máig vitatott kérdés. Az egyik vezető elmélet szerint hatalmas, hidrogénben és héliumban gazdag légkörrel rendelkeznek, és csillaguk protoplanetáris korongjának hidegebb, külső régióiban jöttek létre.

A protoplanetáris korong az a gázból és porból álló, lapos, forgó anyaggyűrű, amely egy fiatal csillag körül kering, és amelyből végül a bolygók kiformálódnak. A TOI-791 b és c ennek a korongnak a hidegebb, külső régióiban keletkezett, ahol a csillag hője még nem tudta elűzni a gázokat.

Hogy aztán hogyan vándoroltak befelé és miként őrizték meg felduzzadt légkörüket, egyelőre nem tisztázott.

„Azért érdekes tanulmányozni ezeket a bolygókat, mert egyáltalán nem számítottunk rájuk” – mondta Jon Jenkins, a NASA Ames Kutatóközpontjának tudományos vezetője. „Olyan rejtélyt jelentenek, amelyet meg kell oldanunk azzal kapcsolatban, miként keletkeznek az olyan óriásbolygók, mint a Jupiter és a szuperpuffok.”

Dransfield szerint a bolygók valószínűleg fehérek vagy kékek – nem pedig vattacukor-rózsaszínűek –, attól függően, mennyire felhős az égboltjuk.

A James Webb következő lépései

A felfedezést a kutatócsoport kiindulópontnak, nem lezárásnak tekinti. Azt tervezik, hogy a NASA/ESA/CSA James Webb Űrteleszkóppal megvizsgálják a bolygók légkörének kémiai összetételét – különösen azt, hogy tartalmaz-e szén-, nitrogén- és oxigénvegyületeket. Ez végre fényt deríthet arra, milyen körülmények között jöttek létre ezek a valószínűtlen világok, és hogyan vándoroltak mai pályájukra. A bolygók forgásdinamikája és a csillag tengelydőlése szintén a tervezett vizsgálatok tárgyát képezi.

„A nagy bolygók kialakulása meghatározza az egész bolygórendszer fejlődését, ezért ezeknek a Jupiter méretű, de Jupiter-tömegűnek közel sem mondható bolygóknak a tanulmányozása rendkívül értékes” – tette hozzá Steve Howell, a NASA Ames kutatója.

A TOI-791 b és a TOI-791 c valószínűleg ugyanabból a por- és gázkorongból alakultak ki, mint a csillaguk – mégis a valaha mért leglazább szerkezetű óriásbolygók lettek. Emlékeztetőül, hogy az Univerzum még mindig tartogat meglepetéseket – még az óriásbolygók között is, amelyekről azt hittük, már mindent tudunk.