Az úgynevezett lakhatósági zónában keringő K2-18b jelű exobolygó alapvető légköri tulajdonságait először a NASA Hubble Űrteleszkópjával végzett megfigyelések tárták fel, ami további vizsgálatokat indított, és ezek azóta megváltoztatták a rendszerről alkotott képünket. A K2-18b exobolygó anyacsillaga az Oroszlán (Leo) csillagképben található, és K2-18-as katalógusszámmal jelzett alacsony felszíni hőmérsékletű törpecsillag.
A bolygó a lakhatósági zónán belül kering a központi csillaga körül, és 120 fényévre fekszik a Földtől,
vagyis kozmikus léptékben relatíve közel fekszik hozzánk.
Az olyan exobolygók, mint a K2-18b, amelyek a Föld és a Neptunusz közötti méretűek, Naprendszerünk egyik bolygójához sem hasonlíthatók. Az egyenértékűközeli, vagyis az összehasonlításra alkalmas Naprendszeren belüli bolygók hiánya miatt ezeket a „szub-Neptunuszokat" rosszul ismerik még, ezért az atmoszférájuk összetétele is vitatott a csillagászok között. A legújabb megfigyelések szerint a K2-18b egy olyan úgynevezett hiceai exobolygó lehet, ami kiválóan alkalmas az életre vonatkozó bizonyítékok kutatásához.
"Eredményeink alátámasztják annak fontosságát, hogy a változatos lakható környezeteket vizsgáljuk akkor, amikor máshol keressük az életet" - magyarázta Nikku Madhusudhan, a Cambridge-i Egyetem csillagásza, az eredményeket bejelentő tanulmány vezető szerzője. "Eddig az exobolygókon való életkeresés elsősorban a kisebb sziklás bolygókra irányult, de a nagyobb, ún. hiceáni világok lényegesen alkalmasabbak arra, hogy az atmoszférájukat tanulmányozhassuk" – nyilatkozta Nikku Madhusudhan.
A metán és szén-dioxid bősége, valamint az ammóniahiány alátámasztja azt a hipotézist, hogy a K2-18b hidrogénben gazdag atmoszférája alatt folyékony vízből álló óceán lehet. A James Webb-űrtávcsővel elvégzett eddigi megfigyelések egy olyan dimetil-szulfidnak (DMS) nevezett molekula jelenlétét mutatta ki a bolygón, amit a Földön csak az élet hoz létre.
A Föld légkörében található DMS nagy része a tengeri környezetben található fitoplanktonból származik.
„A további Webb-megfigyelésekkel tisztáznunk kell, hogy a DMS valóban jelentős mértékben van-e jelen a K2-18b légkörében" – nyilatkozta a tanulmány vezető szerzője, Nikku Madhusudhan. Noha a K2-18 b a lakhatósági zónában található, és ma már ismert, hogy széntartalmú molekulákat tartalmaz az atmoszférája, ez még nem feltétlenül azt jelenti, hogy a bolygón képes is tartósan fennmaradni az élet.
"Bár ilyen jellegű bolygó nem létezik a Naprendszerünkben, de ennek ellenére az úgynevezett szub-Neptunusz bolygótípus a legelterjedtebb a galaxisban, legalábbis az eddigi ismereteink alapján" - magyarázta Subhajit Sarkar, a Cardiffi Egyetem munkatársa. „Megkaptuk a lakhatósági zónában keringő K2-18 b szub-Neptunusz eddigi legrészletesebb spektrumát, és ez lehetővé tette számunkra, hogy meghatározzuk a légkörében létező molekulákat"- fűzte hozzá Subhajit Sarkar.
A K2-18b-hez hasonló exobolygók atmoszférájának analízise – vagyis gázaik és fizikai jellemzőik azonosítása – új és nagyon aktív kutatási terület a csillagászatban. Ezeket a célirányos vizsgálatokat azonban nagyban megnehezíti, hogy az anyacsillagukhoz viszonylag közel, a lakhatósági zónán belül keringő exobolygók fényét elnyomja a központi csillaguk sokkal erősebb fénye.
A kutatócsoport úgy kerülte meg ezt a kihívást, hogy akkor elemezte a K2-18b légkörét, amikor az elhaladt az anyacsillaga előtt. A K2-18b egy úgynevezett tranzitáló exobolygó, ami azt jelenti, hogy amikor a bolygó elhalad a központi csillaga előtt, a csillag fényességének csökkenését észlelhetjük. A tranzit során a csillagfény egy parányi része áthalad az exobolygó légkörén és olyan nyomokat hagy, amiből a csillagászok spektrográfiai módszerrel már képesek pontosan meghatározni az exobolygó légkörének gázait.
"Ez az eredmény csak a kiterjesztett hullámhossz-tartomány és a James Webb példátlan érzékenysége miatt volt lehetséges, ami lehetővé tette a spektrális jellemzők masszív detektálását mindössze két áthaladással" - mondta Madhusudhan. "A James Webb tranzitmegfigyelésének érzékenységére jó példa, hogy már egyetlen észlelés is olyan pontos volt,
amit csak nyolc Hubble-megfigyeléssel lehetett volna elérni,
méghozzá néhány éven keresztül folytatott és viszonylag szűk hullámhossz-tartományban végezett észleléssel" – fűzte hozzá a tanulmány vezető szerzője.
"Ezek mindössze két K2-18b megfigyelés eredményei, és még sok további észlelés van folyamatban" - magyarázta Savvas Constantinou, a Cambridge-i Egyetem munkatársa. "Az eddigi munkánk jó példa arra, hogy mire képes a James Webb-űrtávcső a lakhatósági zónás exobolygók kutatásában " - fűzte hozzá a Cambridge-i Egyetem szaktudósa.
A csapat most további kutatásokat kíván végezni a teleszkóp MIRI (Mid-Infrared Instrument) spektrográfjával, ami reményeik szerint tovább erősíti az eddigi eredményeket, és új betekintést nyújt a K2-18 b környezeti viszonyaiba. A tanulmány a rangos The Astrophysical Journal Letters szaklapban jelent meg.