Studija ekstrasolarnih planeta posljednjih je dana stvarno eksplodirala. Trenutno su astronomi uspjeli potvrditi postojanje 4 044 planeta izvan našeg Sunčevog sustava, a još 4900 čeka na potvrdu. Proučavanje ovih mnogih planeta otkrilo je stvari o rasponu mogućih planeta u našem Svemiru i naučilo nas da postoji mnogo onih za koje u našem Sunčevom sustavu nema analoga.
Na primjer, zahvaljujući novim podacima koje je dobio Hubble svemirski teleskop, astronomi su saznali više o novoj klasi egzoplaneta koja je poznata i kao „super-puff“ planeti. Planeti ove klase u osnovi su mladi plinski divovi koji su po veličini usporedivi s Jupiterom, ali imaju mase koje su samo nekoliko puta veće od Zemlje. To rezultira time da njihove atmosfere imaju gustoću pamučnih bombona, otuda i lijep nadimak!
Jedini poznati primjeri ovog planeta nalaze se u sustavu Kepler 51, mladoj sunčevoj zvijezdi koja se nalazi oko 2.615 svjetlosnih godina u zviježđu Cygnus. Unutar ovog sustava potvrđene su tri egzoplanete (Kepler-51 b, c i d) koje je prvi otkrio Kepler svemirski teleskop u 2012. Međutim, tek 2014. godine potvrđena je gustoća ovih planeta, pa je to bilo i prilično iznenađenje.
Iako ovi plinski divovi imaju atmosferu koja je sastavljena od vodika i helija i približno je iste veličine kao Jupiter, oni su također oko sto puta lakši u pogledu mase. Kako i zašto bi se njihove atmosfere balonirale na način na koji ostaju, ostaje misterija, ali ostaje činjenica da priroda njihovih atmosfera čini superpuhane planete glavnim kandidatom za atmosferske analize.
To je upravo ono što je međunarodni tim astronoma - pod vodstvom Jessice Libby-Roberts iz Centra za astrofiziku i svemirsku astronomiju (CASA) na Sveučilištu Colorado, Boulder - želio učiniti. Korištenje podataka iz Hubble, Libby-Roberts i njezin tim analizirali su spektre dobivene iz atmosfere Kepler-51b i d kako bi vidjeli koje su komponente (uključujući vodu).
Dok su ovi planeti prolazili ispred njihove zvijezde, svjetlost apsorbirana u njihovim atmosferama ispitana je u infracrvenoj valnoj duljini. Na iznenađenje tima, otkrili su da spektri obiju planeta nisu imali izvjesne kemijske potpise. To su pripisivali prisutnosti oblaka kristala soli ili fotokemijskih maglica u njihovim atmosferama.
Tim se tim oslanjao na računalne simulacije i druge alate za teoretizaciju da su planeti Kepler-51 uglavnom vodik i helij po masi, a prekriveni gustom maglom sastavljenom od metana. To je slično onome što se događa u atmosferi Titana (najveći Saturnov mjesec), gdje pretežno dušikova atmosfera sadrži oblake plina metana koji zatamnjuju površinu.
"Ovo je bilo potpuno neočekivano", rekla je Libby-Roberts. "Planirali smo promatrati velike značajke apsorpcije vode, ali njih jednostavno nije bilo tamo. Bili smo zamućeni! " Međutim, ovi su oblaci dali timu dragocjen uvid u to kako se Kepler-51 b i d uspoređuju s drugim egzoplanetima bogatih plinovima male mase, koje su primijetili astronomi. Kao što je Libby-Roberts objasnila u izjavi za novinare CU Boulder:
"Znali smo da su niske gustoće. Ali kad zamislite lopticu od pamučnog bombona veličine Jupitera - to je stvarno niska gustoća ... Definitivno nas je poslao brzajući da smislimo što se ovdje može događati. Očekivali smo da ćemo pronaći vodu, ali nismo mogli primijetiti potpis nijedne molekule. "
Tim je također mogao bolje ograničiti veličinu i masu ovih planeta mjerenjem njihovih vremenskih učinaka. U svim se sustavima male promjene u orbitalnom razdoblju planeta događaju zbog njihovog gravitacijskog povlačenja, a koje se mogu koristiti za dobivanje mase planeta. Rezultati tima su se složili s prethodnim procjenama za Kepler-51 b, dok su procjene za Kepler-51 d ukazivale da je on malo manje masivan (aka. Puffier) nego što se prije mislilo.
Tim je također usporedio spektre dva superpuha sa spektrima drugih planeta i dobio rezultate koji su pokazali da je stvaranje oblaka / izmaglice povezano s temperaturom planete. To podupire hipotezu da je planeta hladnija, to će biti svjetliji, što su astronomi razmišljali zahvaljujući nedavnom otkriću egzoplaneta.
Posljednje, ali ne najmanje bitno, tim je primijetio kako i Kepler-51 b i d čini se da brzo gube plin. U stvari, tim procjenjuje da bivši planet (koji je najbliži njegovoj matičnoj zvijezdi) svake sekunde u svemir baca desetke milijardi tona materijala. Ako se ovaj trend nastavi, planete će se znatno smanjiti u narednih nekoliko milijardi godina i mogle bi postati mini-Neptuni.
U tom pogledu, ovo bi sugeriralo da egzoplanete ipak nisu toliko neuobičajene, da se čini da su mini-Neptuni vrlo česti. Ona također sugerira da se niska gustoća planeta super nanosa pripisuje starosti sustava. Dok je Sunčev sustav star otprilike 4,6 milijardi godina, Kepler-51 je star oko 500 milijuna godina.
Planetarni modeli koje je koristio tim pokazuju da će se planeti vjerojatno formirati izvan linije Frost Kepler-51s - granice izvan koje će se hlapljivi elementi smrznuti - a zatim migrirali prema unutra. Umjesto da su čudni planeti, Kepler-51 b i d možda su prvi primjeri koje su astronomi vidjeli u jednoj od najčešćih vrsta planeta u našem Svemiru u ranim fazama razvoja.
Kao što je Zach Berta-Thompson (asistent APS profesora i koautor novog istraživanja) objasnio, Kepler-51 to čini jedinstvenom laboratorijom za testiranje teorija rane evolucije planeta:
"Ovo je ekstremni primjer onoga što je općenito o egzoplanetima. Daju nam priliku da proučavamo svjetove koji su vrlo različiti od našeg, ali oni također postavljaju planete u našem Sunčevom sustavu u širi kontekst. "
Ubuduće će primjena instrumenata nove generacije poput James Webb svemirski teleskop (JWST) pomoći će astronomima da ispitaju atmosferu planeta Kepler-51 i drugih superpuha. Zahvaljujući osjetljivosti JWST-a na veće infracrvene valne duljine, možda ćemo još moći pogledati kroz njihove guste oblake i utvrditi od čega se zapravo sastoje planete "bombon-bomboni".
To je također još jedno pero u kapici časnih Hubble, koja djeluje u kontinuitetu već trideset godina (od svibnja 1990.) i nastavlja bacati svjetlo na kozmičke misterije! Dovoljno je reći da još uvijek utvrđuje nalaze koji će vrlo brzo biti predmet naknadnih istraga James Webb, njegov duhovni nasljednik.
Studija koja daje detalje o istraživanju tima nedavno se pojavila na mreži i pojavit će se u The Astrophysical Journal.
