Óceánt rejthet jeges felszíne alatt a Makemake, egy titokzatos törpebolygó, amely a Neptunusz pályáján túl kering a Nap körül – derül ki egy magyar bolygókutatók vezetésével készített kutatásból, amihez a James Webb űrtávcső méréseit használták fel.

Kiss Csaba, a HUN-REN Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézetének tudományos tanácsadója és kollégái az űrtávcső MIRI műszerének megfigyelései alapján azt találták, hogy a Kuiper-öv egyik legnagyobb égitestje egyes közép-infravörös tartományba eső hullámhosszokon váratlanul fényesen világít. Az Astrophysical Journal Letters folyóiratban november 20-án közölt tanulmányuk szerint a méréseket egy, az égitestet körülvevő különleges gyűrű, vagy pedig geológiailag aktív felszín magyarázhatja meg, amin talán ma is jégvulkánok működnek.

Az emberiség legfejlettebb űrtávcsövének megfigyelései szerint a Naptól a Plútónál kissé messzebb keringő Makemake felszíne egyes helyeken akár 150 kelvin (-123 Celsius-fok) hőmérsékletű is lehet, ami a nagyrészt kis jeges égitestekből álló Kuiper-övben nagyon forrónak számít. Ez a hőmérséklet „összeegyeztethető a felszín alatti óceánnal”, nyilatkozta a Qubitnek Kiss Csaba. A 2005-ben Michael Brown amerikai csillagász és kollégái által felfedezett égitest 1430 kilométer átmérőjű, ami Holdunk méretének közel 40 százaléka.

Kiss szerint a Makemake és a hozzá hasonló törpebolygók, mint a Plútó vagy a szintén 2005-ben Brownék által felfedezett, a Naptól még távolabb keringő Eris már elég nagy égitestek ahhoz, hogy keletkezésük után a belsejükben képződő hő geológiai és geokémiai folyamatokat indítson be, amelyek akár máig aktívak lehetnek. A Makemakéban és az Erisben a kutató szerint közös, hogy felszínüket a többi Kuiper-objektumtól eltérően nagyrészt metánjég borítja.

A James Webb űrtávcső feltárja a távoli törpebolygók titkait

A Makemakét felfedezése után az amerikai Spitzer és az európai Herschel űrteleszkópok is megfigyelték. Az űreszközök távoli infravörös tartományú mérései arra utaltak, hogy az égitest felszíne hideg, ahogy az egy, a Naptól a Föld-Nap távolság átlagosan 45-szörösére keringő törpebolygónál várható. Csakhogy a Spitzer közép-infravörös tartományban a feltételezettnél intenzívebb hősugárzást mutatott ki, 24 mikron hullámhosszon. Ezt Kiss szerint még ha nehezen is, de meg lehetett volna magyarázni egy, a Makemake körül keringő, nagyon sötét felszínű holddal, vagy egy, a Makemake felszínén húzódó sötét sávval (a sötét színű felszín több napsugárzást nyel el a világos színűnél, ezért melegebb).

A külső Naprendszer kis égitestjeivel és infravörös csillagászattal foglalkozó Kiss szerint két, idén év elején közölt tanulmány fontos új információkkal szolgált mind a Makemakéről, mind az Erisről. Ezek a James Webb közeli infravörös tartományú spektroszkópiai méréseire épültek, és arra mutattak, hogy az égitesteken kémiai reakciók hatására eltolódott a deutérium-hidrogén arány a primordiális, a Naprendszer keletkezésekor jellemző állapothoz képest (a deutérium a hidrogén egyik izotópja, ami a hidrogénnel ellentétben nemcsak egy protont, hanem egy neutront is tartalmaz), amit például üstökösök űrszondás vizsgálatával lehet kimérni.

Ennek jelentőségét Kiss szerint az adja, hogy az arányt csak hő hatására végbemenő geokémiai folyamatok képesek megváltoztatni. Nagy valószínűséggel ezeknek az égitesteknek a belseje ma is meglehetősen meleg lehet, mondta, nagyjából 400-600 kelvin (127-327 Celsius-fok) fokos, ami lehetővé teszi a szükséges kémiai reakciók lejátszódását. Az amerikai kollégákkal együttműködésben zajló kutatásban az általuk korábban úgynevezett garantált idejű, a James Webb űrtávcső MIRI műszerével végzett új mérésekből kapott eredményeket publikálták most novemberben.

A MIRI méréseiből az derült ki, hogy 18 mikronos hullámhosszon a Makemake közel 100-szor olyan fényes, mint amit egy hideg felszíntől várunk. „Ez óriási különbség” – mondta Kiss. Ha 18 mikronon ilyen fényes valami, akkor az arra utal, hogy vagy az égitest felszínén, vagy körülötte létezik egy 150 kelvin (-123 Celsius-fok) hőmérsékletű régió. Ez pedig sokkal melegebb annál, mint amit egy különösen sötét felszínt érő napsugárzás elő tud állítani. A kutató szerint ekkor merült fel lehetőségként, hogy az adatok valamilyen, a Makemake belsejéből kiinduló folyamatról árulkodhatnak. De mielőtt idáig eljutottak, ki kellett zárniuk, hogy a James Webb által észlelt jelért valamilyen másik, a Makemake előtt vagy mögött elhaladó égitest, vagy mérési hiba felelne.

Miután ez sikerült, a megfigyelés megmagyarázására két hipotézist állítottak fel. Az egyik lehetőség, hogy a Makemakét egy finom szemcsékből álló gyűrű veszi körül. Ez nem is lenne feltétlen meglepő. Az elmúlt tíz évben több Kuiper-övi vagy Kentaur-típusú objektum (Jupiter és a Neptunusz között keringő kis égitestek, amelyek pályája keresztezi legalább az egyik gázóriásét) körül fedeztek fel gyűrűt a csillagászok, mondta Kiss. Csakhogy az eddigi okkultációs mérés, ami a Makemakéről egy csillag előtti elhaladása során készült, nem utaltalt gyűrű létezésére, igaz, annak létét sem zárta ki bizonyos irányultság esetén.

Ha a Makemake körül tényleg megtalálható egy gyűrű, akkor a 150 kelvines jel létrehozásához azt szénből vagy grafitból álló, nagyon finom szemcséknek kell alkotniuk. A nehezebb kérdés, hogy ezek miként keletkezhetnek és pótlódhatnak. A szemcséket ugyanis rövid idő alatt elfújná a Nap sugárnyomása, így folyamatosan újra kell termelődniük. Kiss szerint ezek létrejötte elméletileg ütközésekkel lehetséges – például ha a gyűrűben található egy kisebb hold is. Hasonlóra látunk is példát a Naprendszerben: a Szaturnusz legtávolabbi, Phoebe-gyűrűjét például a Phoebe hold anyaga építi fel, amit az égitest felszínét érő mikrometeorit-becsapódások repítenek a világűrbe.

Jégvulkánoknak és óceánnak adhat otthont a Makemake

Ennél is izgalmasabb lehetőséget vet fel Kiss és munkatársainak másik hipotézise, amely átformálhatja, miként gondolunk a Kuiper-öv égitestjeire és a Naprendszer különböző égitestjeinek lakhatóságára. Azt korábban is feltételezték, mondta Kiss, hogy a távoli törpebolygók jégkérge alatt elméletileg húzódhat valamiféle óceán, de azt nem, hogy a felszínükön ma is aktív geológiai folyamatok mehetnek végbe.

2015-ben aztán az amerikai űrügynökség (NASA) New Horizons űrszondája felderítette a Plútót, ami ezzel az emberiség által először meglátogatott Neptunuszon túli égitestté vált. A Plútón, mondta Kiss, a szonda nem talált jelenleg is zajló felszíni aktivitásra utaló jeleket, de a felvételein megörökített hatalmas Sputnik Planitia síkságról tudjuk, hogy nem lehet idősebb néhány millió évnél, mert szinte alig találhatók rajta kráterek. Emellett a New Horizons olyan formációkra bukkant, mint a Wright Mons hegy, amely nagyon úgy néz ki, mintha egy kialudt jégvulkán (kriovulkán) lenne.

Ha a Wright Mons jelenleg nem is produkál kitöréseket, a kutató szerint egy geológiai értelemben fiatal képződményről lehet szó. Máshol a Naprendszerben viszont léteznek hasonló aktív folyamatok, amire a Szaturnusz Enceladus holdja és „gejzírszerű” anyagkiáramlásai jelentik a legkáprázatosabb példát. A kifújások forrásai az Enceladus déli pólusának közelében található, „tigriscsíkoknak” (tiger stripes) nevezett, egymással nagyjából párhuzamosan futó mélyedések. Ezek, mint a Cassini űrszonda infravörös tartományú megfigyelései feltárták, környezetüknél magasabb hőmérsékletűek.

„Pontosan ezt a 150 kelvin [-123 Celsius-fok] körüli hőmérsékletet produkálják ezek a tigriscsíkok, mint amit mi láttunk a Makemake esetében” – mondta, vagyis a jelenség kiterjedésében és hőmérsékletében nagyságrendileg hasonló lehet. Ugyanakkor az Enceladus teljesen másként működik mint a Makemake, az égitestet árapály fűtés tartja melegen, amit a Szaturnusz és a közelében keringő holdak együttes gravitációs hatása okoz. Bár a Kuiper-öv törpebolygói a Naptól jóval távolabb keringenek, mint az Enceladus, vagy a Jupiter óceánt rejtő Europa holdja – amelynek vizsgálatára a NASA nemrég indította el a Europa Clipper űrszondát –, „a folyamatok, amik ezekben lezajlanak, nagyjából hasonlóak”, mondta Kiss. A kutató szerint már maga az érdekes, hogy ezekben az égitestekben, akár a Makemakéban, akár az Erisben, valószínűleg létezhet felszín alatti óceán, még úgy is, hogy ezek a Naptól nagyon messze keringenek.

De milyen anyag áramolhat ki a Makemake felszínére, ha tényleg vannak rajta jégvulkánok? Erre Kiss és kollégái nem tudnak egyértelmű választ adni, de valószínűleg „sós” vízről (például víz és magnézium-szulfát, vagy víz, ammónia és metanol oldata) lehet szó, ami a felszínre kerülve azonnal megszilárdul. A kutató szerint arra több elképzelés is létezik, hogy miként néz ki az égitest belső szerkezete, de az általuk észlelt magas hőmérséklet inkább egy jég alatti folyékony vízréteg jelenlétére utal, mintsem egy teljesen szilárd jégkéregre. A kutató szerint a radioaktív bomlásból, valamint exoterm kémiai reakciókból származó hőnek köszönhetően a Makemake belseje még elég meleg lehet ahhoz, hogy az égitest 4,5 milliárd évvel a Naprendszer születése után is geológiailag aktív lehessen.

Megérné űrszondát küldeni a Makemakéhoz

Hogyan lehetne eldönteni, hogy valamilyen felszíni geológiai aktivitással van dolgunk a Makemakén, vagy egy szenes gyűrűvel? Egy megfelelő okkultációs mérés megerősítheti a gyűrű létezését, mondta Kiss, és az ebből származó adatokat össze lehetne vetni azzal a modellel, amit a MIRI-jel alapján várnának. Ha viszont a jel forrása az égitest felszínén keresendő, akkor annak erőssége változhat a Makemake forgása során. Ehhez pedig arra lenne szükség, hogy a James Webb űrtávcsővel megismételjék a mérést, hátha ki tudják mutatni a jel forgással történő megváltozását. Persze a legjobb az lenne, ha a Makemakét a Plútóhoz hasonlóan űrszondával is meg tudnánk látogatni.

Kiss korábban amerikai szakemberekkel dolgozott olyan terveken, amelyek azt vizsgálták, hogy milyen ideális pályákon lehet elérni a Kuiper-övi égitestekhez, amire szerinte a New Horizons kiváló példát adott. Az Alan Stern amerikai bolygókutató által vezetett küldetés a Plútó meglátogatása után egy másik objektum, a hóemberre emlékeztető Arrokoth (2014 MU69) mellett is elhaladt, ami igazolta, hogy egy szonda több Neptunuszon túli égitestet is képes felderíteni. Bár Kiss szerint nincs benne a köztudatban, de a jelenleg a Földtől 9,1 milliárd kilométerre (61,1 csillagászati egységre) kalandozó New Horizons továbbra is páratlan megfigyeléseket gyűjt Kuiper-objektumokról, amire a Földről nincs lehetőség, és így folyamatosan bővül a tudásunk ezen távoli égitestek felszínéről és a rajtuk található anyagokról.

Kiss úgy véli, a Makemake meglátogatására most a legnagyobb esélyt egy, a NASA által az Uránuszhoz indított űrszonda adná – ennek a küldetésnek a koncepiójáról két évvel ezelőtt írtunk. A jelenleg Uranus Orbiter and Probe néven futó terv a jégóriás vizsgálata után tovább utazhatna Kuiper-övi égitestekhez, így akár a Makemakéhoz is.