Preučevanje ekstrasolarnih planetov je v zadnjih letih resnično eksplodiralo. Trenutno so astronomi lahko potrdili obstoj 4.104 planetov zunaj našega Osončja, še dodatnih 4900 pa čaka na potrditev. Študija teh številnih planetov je razkrila stvari o območju možnih planetov v našem vesolju in nas naučila, da obstaja veliko takšnih, za katere v našem Osončju ni analogov.
Na primer, zahvaljujoč novim podatkom, ki jih je pridobil Hubble vesoljski teleskop, astronomi so izvedeli več o novem razredu eksoplanetov, znanem kot planeti "super puff". Planeti v tem razredu so v bistvu mladi plinski velikani, ki so po velikosti primerljivi z Jupitrom, vendar imajo mase, ki so le nekajkrat večje od Zemlje. Posledica tega je, da imajo njihove atmosfere gostoto bombažnih bombonov, od tod tudi prijeten vzdevek!
Edini znani primeri tega planeta prebivajo v sistemu Kepler 51, mladi soncu podobni zvezdi, ki se nahaja približno 2.615 svetlobnih let v ozvezdju Cygnus. V tem sistemu so bili potrjeni trije eksoplaneti (Kepler-51 b, c in d), ki jih je prvi zaznal Vesoljski teleskop Kepler leta 2012. Gostota teh planetov je bila potrjena šele leta 2014, kar je presenetilo.
Medtem ko imajo ti plinski velikani atmosfero, sestavljeno iz vodika in helija, in sta približno enaki velikosti kot Jupiter, sta tudi po masi približno stokrat lažja. Kako in zakaj bi se njihova atmosfera balonirala tako, kot ostajajo, ostaja skrivnost, vendar ostaja dejstvo, da je zaradi njihovih atmosfer super-puhasti planet glavni kandidat za atmosferske analize.
Prav to si je prizadevala mednarodna ekipa astronomov - pod vodstvom Jessice Libby-Roberts iz Centra za astrofiziko in vesoljsko astronomijo (CASA) na univerzi v Koloradu v Boulderju. Uporaba podatkov iz Hubble, Libby-Roberts in njena ekipa so analizirali spektre, dobljene iz atmosfere Kepler-51 b in d, da bi videli, katere sestavne dele (vključno z vodo) so bile tam.
Ko so ti planeti prehajali pred njihovo zvezdo, smo v infrardeči valovni dolžini preučili svetlobo, ki jo je absorbirala njihova atmosfera. Na presenečenje ekipe so ugotovili, da spektri obeh planetov nimajo nobenih kemičnih podpisov. To so pripisali prisotnosti oblakov solnih kristalov ali fotokemičnih meglic v njihovih atmosferah.
Kot taka se je ekipa opirala na računalniške simulacije in druga orodja, s katerimi je teoretizirala, da sta planeta Kepler-51 večinoma vodik in helij po masi, ki jih prekriva gosta meglica, sestavljena iz metana. To je podobno kot v Titanovi atmosferi (največja luna Saturna), kjer pretežno dušikova atmosfera vsebuje oblake plina metana, ki zastira površino.
"To je bilo povsem nepričakovano," je dejala Libby-Roberts. "Načrtovali smo, da bi opazovali velike lastnosti absorpcije vode, vendar jih le ni bilo. Zastrli smo se! " Vendar so ti oblaki ekipi zagotovili dragocen vpogled v primerjavo Kepler-51 b in d z drugimi eksoplaneti z nizko maso, s plinom, ki so jih opazili astronomi. Kot je Libby-Roberts pojasnila v izjavi za javnost CU Boulder:
"Vedeli smo, da so nizke gostote. Ko pa si ogledate kroglico bombažnega bombona v velikosti Jupiterja - to je res nizka gostota ... Vsekakor nas je pošiljal, da bi si omislili, kaj se tu lahko dogaja. Pričakovali smo, da bomo našli vodo, vendar nismo opazili podpisov nobene molekule. "
Skupina je bila tudi sposobna bolje omejiti velikost in maso teh planetov z merjenjem njihovih časovnih učinkov. V vseh sistemih se v orbitalnem obdobju planeta pojavijo rahle spremembe zaradi njihovega gravitacijskega vleka, ki ga lahko uporabimo za pridobivanje mase planeta. Rezultati ekipe so se strinjali s prejšnjimi ocenami za Kepler-51 b, medtem ko so ocene za Kepler-51 d kazale, da je nekoliko manj množičen (aka. Puffier), kot so mislili prej.
Skupina je primerjala tudi spektre obeh superpuhov s spektri drugih planetov in pridobila rezultate, ki kažejo, da je nastajanje oblakov / meglice povezano s temperaturo planeta. To podpira hipotezo o tem, da je hladnejši planet, tem bolj se bo prijel, o čemer so astronomi razmišljali zahvaljujoč nedavnemu odkritju eksoplanetov.
Nenazadnje je ekipa opazila, da se zdi, da tako Kepler-51 b kot d hitro izgubljajo plin. Dejansko ekipa ocenjuje, da nekdanji planet (ki je najbližje matični zvezdi) vsako sekundo v vesolje odvrže desetine milijard ton materiala. Če se bo ta trend nadaljeval, se bodo planeti v naslednjih nekaj milijardah letih močno zmanjšali in bi lahko postali mini-Neptuni.
V tem pogledu bi to pomenilo, da eksoplaneti navsezadnje niso tako redki, saj se zdi, da so mini-Neptuni zelo pogosti. Predvideva tudi, da je nizka gostota planetov super puff pripisana starosti sistema. Medtem ko je Sončev sistem star približno 4,6 milijarde let, je Kepler-51 že približno 500 milijonov let.
Planetarni modeli, ki jih je uporabila skupina, kažejo, da se bodo planeti verjetno oblikovali onkraj linije Kepler-51s Frost - meje, čez katero se lahko hlapni elementi zmrznejo - in se nato preselili navznoter. Namesto da bi bili čudni planeti, sta Kepler-51 b in d morda prvi primeri, ko so astronomi že v zgodnjih fazah razvoja videli eno najpogostejših vrst planetov v našem vesolju.
Kot je pojasnil Zach Berta-Thompson (docent APS profesor in soavtor nove raziskave), je to Kepler-51 "edinstven laboratorij" za testiranje teorij zgodnje evolucije planetov:
"To je ekstremni primer, kaj je na eksoplanetih na splošno tako kul. Dajo nam priložnost, da preučujemo svetove, ki so zelo drugačni od našega, vendar tudi planete v našem osončju postavljajo v širši kontekst. "
V prihodnosti bo uvedba instrumentov nove generacije, kot je James Webb vesoljski teleskop (JWST) bo astronomom pomagal preučiti ozračje planetov Kepler-51 in drugih superpuhov. Zahvaljujoč JWST-jevi občutljivosti na daljše valovne dolžine infrardečih valjev bomo morda še lahko pogledali skozi njihove goste oblake in ugotovili, iz česa pravzaprav so sestavljeni ti planeti "bombažni bomboni".
Prav tako je drugo pero v pokrovčku častenega Hubble, ki že od trideset let neprekinjeno deluje (od maja 1990) in še vedno osvetljuje kozmične skrivnosti! Primerno je le, da še vedno ugotavlja ugotovitve, ki bodo kmalu predmet nadaljnjih preiskav s strani James Webb, njen duhovni naslednik.
Študija, ki podrobno opisuje raziskave skupine, ki so se nedavno pojavile na spletu in se bo pojavila v The Astrophysical Journal.
