Изследването на екстрасоларни планети наистина избухна през последните години. В момента астрономите успяха да потвърдят съществуването на 4 104 планети извън нашата Слънчева система, като други 4900 очакват потвърждение. Проучването на тези много планети разкри нещата за обхвата на възможните планети във нашата Вселена и ни научи, че има много, за които няма аналози в нашата Слънчева система.
Например, благодарение на новите данни, получени от Космически телескоп Хъбъл, астрономите научиха повече за нов клас екзопланети, известен като планети „супер-пуф“. Планетите от този клас са по същество млади газови гиганти, които са сравними по размер с Юпитер, но имат маси, които са само няколко пъти по-големи от тези на Земята. Това води до това, че техните атмосфери имат плътността на памучни бонбони, оттук и възхитителният прякор!
Единствените известни примери за тази планета се намират в системата Kepler 51, млада звезда, подобна на Слънце, разположена на около 2 615 светлинни години в съзвездието Сигнус. В рамките на тази система са потвърдени три екзопланети (Kepler-51 b, c и d), които са били открити за първи път от Космически телескоп Kepler през 2012 г. Въпреки това, едва през 2014 г. плътностите на тези планети бяха потвърдени и това беше доста изненада.
Докато тези газови гиганти имат атмосфера, която е съставена от водород и хелий и са с приблизително същия размер като Юпитер, те също са около сто пъти по-леки по отношение на масата. Как и защо атмосферата им ще се балонира по начина, по който се правят, остава загадка, но остава фактът, че естеството на атмосферите ги превръща в супер-пухкавите планети главен кандидат за атмосферен анализ.
Точно това се стремеше да направи международен екип от астрономи - воден от Джесика Либи-Робъртс от Центъра за астрофизика и космическа астрономия (CASA) в Университета на Колорадо, Боулдър. Използване на данни от Хъбъл, Либи-Робъртс и нейният екип анализираха спектри, получени от атмосферата на Kepler-51 b и d, за да видят какви компоненти (включително вода) има.
Докато тези планети минаваха пред звездата им, светлината, погълната от техните атмосфери, беше изследвана в инфрачервената дължина на вълната. За изненада на екипа те откриха, че спектрите на двете планети нямат никакви сигнални химични сигнатури. Това те приписват на присъствието на облаци от солни кристали или фотохимични замъглявания в атмосферата им.
Като такъв екипът разчита на компютърни симулации и други инструменти, за да теоретизира, че планетите Kepler-51 са предимно водород и хелий по маса, която е покрита от гъста мъгла, съставена от метан. Това е подобно на това, което се случва в атмосферата на Титан (най-голямата луна на Сатурн), където преобладаващата азотна атмосфера съдържа облаци метан, които затъмняват повърхността.
"Това беше напълно неочаквано", каза Либи-Робъртс. „Бяхме планирали да наблюдаваме големи характеристики на поглъщане на вода, но те просто не бяха там. Бяхме замъглени! “ Тези облаци обаче предоставиха на екипа ценна представа за това как Kepler-51 b и d се сравняват с други екзопланети с ниска маса, богати на газ, наблюдавани от астрономите. Както обясни Либи-Робъртс в изявление за превод на CU Boulder:
„Знаехме, че са с ниска плътност. Но когато си представите топка с размер на Юпитер от бонбони от памук - това е наистина ниска плътност ... Определено ни изпрати да се разправим, за да измислим какво може да става тук. Очаквахме да намерим вода, но не можахме да наблюдаваме подписите на нито една молекула. "
Екипът също успя да ограничи по-добре размера и масата на тези планети чрез измерване на техните времеви ефекти. Във всички системи се наблюдават леки промени в орбиталния период на планетата поради тяхното гравитационно дърпане, което може да се използва за извличане на масата на планетата. Резултатите на екипа се съгласиха с предишни оценки за Kepler-51 b, докато оценките за Kepler-51 d показват, че той е малко по-масов (известен още по-пухкаво), отколкото се смяташе досега.
Екипът също сравни спектрите на двата суперпуфа с тези на други планети и получи резултати, които показват, че образуването на облаци / мъгла е свързано с температурата на планетата. Това подкрепя хипотезата, че колкото по-хладна е една планета, толкова по-причудлива ще е тя, което е нещо, за което астрономите размишляват благодарение на неотдавнашния спектър от открития на екзопланети.
Не на последно място, но не на последно място, екипът забеляза, че и Kepler-51 b и d изглежда губят газ бързо. Всъщност екипът изчислява, че бившата планета (която е най-близо до нейната родителска звезда) изхвърля десетки милиарди тона материал в космоса всяка секунда. Ако тази тенденция продължи, планетите ще се свият значително през следващите няколко милиарда години и биха могли да станат мини-Нептуни.
В това отношение това предполага, че екзопланетите в крайна сметка не са толкова необичайни, тъй като изглежда, че мини-Нептуните изглеждат много често. Той също така предполага, че ниските плътности на свръхпухлите планети се приписват на възрастта на системата. Докато Слънчевата система е на приблизително 4,6 милиарда години, Kepler-51 е около 500 милиона години.
Планетарните модели, използвани от екипа, показват, че планетите вероятно са се образували отвъд Линията на замръзване на Kepler-51s - границата, отвъд която летливите елементи ще замръзнат - и след това мигрират навътре. Вместо да бъдат странни планети, Kepler-51 b и d може да са първите примери, които астрономите са виждали за един от най-често срещаните видове планети в нашата Вселена в ранните етапи на развитие.
Както Зак Берта-Томпсън (асистент по професия APS и съавтор на новото изследване) обясни, това прави Kepler-51 "уникална лаборатория" за тестване на теории за ранна еволюция на планетата:
„Това е изключителен пример за това, което е толкова готино в екзопланетите като цяло. Те ни дават възможност да изучаваме светове, които са много различни от нашия, но също така поставят планетите в нашата собствена Слънчева система в по-голям контекст. "
В бъдеще внедряването на инструменти от следващо поколение като Космически телескоп Джеймс Уеб (JWST) ще помогне на астрономите да разгледат атмосферата на планетите Kepler-51 и други свръхпуци. Благодарение на чувствителността на JWST към по-дългите дължини на вълните на инфрачервените лъчи, може би ще успеем да разгледаме още гъстите им облаци и да определим от какво всъщност се състоят тези планети „памучни бонбони“.
Освен това е друго перо в капачката на почитаните Хъбъл който е в непрекъсната експлоатация вече около тридесет години (от май 1990 г.) и продължава да хвърля светлина върху космическите мистерии! Уместно е само, че все още прави констатации, които съвсем скоро ще бъдат предмет на последващи разследвания от Джеймс Уеб, нейният духовен наследник.
Проучването, което подробно описва изследванията на екипа наскоро се появи онлайн и ще се появи в The Astrophysical Journal.
