Studien av ekstrasolære planeter har virkelig eksplodert de siste årene. For tiden har astronomer kunnet bekrefte eksistensen av 4 104 planeter utenfor vårt solsystem, med ytterligere 4900 som venter på bekreftelse. Studien av disse mange planetene har avslørt ting om rekke mulige planeter i universet vårt og lært oss at det er mange som det ikke er noen analoger i solsystemet vårt.
For eksempel takket være nye data innhentet av Hubble romteleskophar astronomer lært mer om en ny klasse av exoplanet kjent som “super-puff” -planeter. Planeter i denne klassen er i hovedsak unge gassgiganter som kan sammenlignes i størrelse med Jupiter, men har masser som bare er noen få ganger større enn jorden. Dette resulterer i at atmosfærene har tettheten av bomullsgodteri, derav det herlige kallenavnet!
De eneste kjente eksemplene på denne planeten ligger i Kepler 51-systemet, en ung sollignende stjerne som ligger omtrent 2.615 lysår unna i Cygnus-stjernebildet. Innenfor dette systemet er tre eksoplaneter bekreftet (Kepler-51 b, c og d) som først ble oppdaget av Kepler romteleskop i 2012. Imidlertid var det først i 2014 at tettheten av disse planetene ble bekreftet, og det kom ganske overraskende.
Mens disse gassgigantene har atmosfærer som er sammensatt av hydrogen og helium og har omtrent samme størrelse som Jupiter, er de også hundre ganger lettere med tanke på masse. Hvordan og hvorfor atmosfærene deres ville ballong slik de gjør, forblir et mysterium, men faktum gjenstår at atmosfærenes natur gjør superpuff-planeter til en førstekandidat for atmosfærisk analyse.
Det er nettopp det et internasjonalt team av astronomer - ledet av Jessica Libby-Roberts fra Center for Astrophysics and Space Astronomy (CASA) ved University of Colorado, Boulder - forsøkte å gjøre. Bruker data fra Hubble, Libby-Roberts og hennes team analyserte spektra oppnådd fra atmosfærene til Kepler-51 b og d for å se hvilke komponenter (inkludert vann) som var der.
Da disse planetene passerte foran stjernen deres, ble lys absorbert av atmosfærene undersøkt i den infrarøde bølgelengden. Til teamets overraskelse fant de ut at spektrene til begge planetene ikke hadde noen kjemiske signaturer. Dette tilskrives tilstedeværelsen av skyer av saltkrystaller eller fotokjemiske uklarheter i atmosfæren.
Som sådan var teamet avhengig av datasimuleringer og andre verktøy for å teoretisere at Kepler-51-planetene stort sett er hydrogen og helium i masse, som er dekket av en tykk dis som består av metan. Dette ligner på det som skjer i Titans atmosfære (Saturns største måne), der den overveiende nitrogenatmosfære inneholder skyer av metangass som skjuver overflaten.
"Dette var helt uventet," sa Libby-Roberts. "Vi hadde planlagt å observere store vannabsorpsjonsfunksjoner, men de var bare ikke der. Vi ble skyet ut! ” Imidlertid ga disse skyene teamet verdifull innsikt i hvordan Kepler-51 b og d sammenlikner med andre lavmasse, gassrike eksoplaneter observert av astronomer. Som Libby-Roberts forklarte i en pressemelding fra CU Boulder:
”Vi visste at de hadde lav tetthet. Men når du ser på en Jupiter-størrelse ball med bomullsgodteri - det er veldig lav tetthet ... Det sendte oss definitivt rusling for å finne ut hva som kan skje her. Vi forventet å finne vann, men vi kunne ikke observere signaturene til noe molekyl. "
Teamet kunne også begrense størrelsen og massen på disse planetene ved å måle tidseffekten. I alle systemer forekommer små endringer i en planetens omløpsperiode på grunn av deres gravitasjonstrekk, som kan brukes til å utlede en planetens masse. Teamets resultater stemte overens med tidligere estimater for Kepler-51 b, mens estimatene for Kepler-51 d indikerte at det er litt mindre massivt (også kalt puffier) enn tidligere antatt.
Teamet sammenlignet også spektraene til de to superpuffene med de fra andre planeter og oppnådde resultater som indikerte at sky / uklar formasjon er knyttet til temperaturen på en planet. Dette støtter hypotesen om at jo kjøligere en planet er, jo skyere den vil være, noe astronomer har fundert på takket være den nylige mengden eksoplanettfunn.
Sist, men ikke minst, observerte teamet at både Kepler-51 b og d ser ut til å miste gass raskt. Faktisk anslår teamet at den tidligere planeten (som er nærmest moderstjernen) dumper titalls milliarder tonn materiale ut i verdensrommet hvert sekund. Hvis denne trenden fortsetter, vil planetene krympe betraktelig i løpet av de neste milliarder årene og kunne bli mini-Neptunes.
I så måte antyder dette at eksoplanetene tross alt ikke er så uvanlige, noe som gir at mini-Neptunene ser ut til å være veldig vanlig. Det antyder også at de lave tetthetene til superpuff-planetene tilskrives systemets alder. Mens solsystemet er omtrent 4,6 milliarder år gammelt, har Kepler-51 eksistert i bare 500 millioner år.
Planetmodellene som brukes av teamet, indikerer at planetene sannsynligvis dannet seg utenfor Kepler-51s Frost Line - grensen utenfor hvilke flyktige elementer vil fryse - og deretter migrerte innover. I stedet for å være oddballplaneter, kan Kepler-51 b og d være de første eksemplene astronomer har sett på en av de vanligste planetene i vårt univers i de tidlige stadiene av utviklingen.
Som Zach Berta-Thompson (assistent APS-professor og en medforfatter av den nye forskningen) forklarte, gjør dette Kepler-51 til et "unikt laboratorium" for å teste teorier om tidlig planetutvikling:
"Dette er et ekstremt eksempel på det som er så kult med eksoplaneter generelt. De gir oss en mulighet til å studere verdener som er veldig annerledes enn vår, men de plasserer også planetene i vårt eget solsystem i en større sammenheng. ”
I fremtiden, distribusjon av neste generasjons instrumenter som James Webb romteleskop (JWST) vil hjelpe astronomer med å undersøke atmosfæren til Kepler-51-planetene og andre superpuffer. Takket være JWSTs følsomhet for lengre infrarøde bølgelengder, kan det hende at vi kan se gjennom de tette skyene deres ennå og bestemme hva disse “bomullsgodteri” -planetene faktisk er sammensatt av.
Det er også en annen fjær i hetten til den ærverdige Hubble, som har vært i kontinuerlig drift i omtrent tretti år nå (siden mai 1990) og fortsetter å belyse kosmiske mysterier! Det er bare passende at det fremdeles gjør funn som snart vil bli gjenstand for oppfølgingsundersøkelser av James Webb, dens åndelige etterfølger.
Studien som beskriver teamets forskning nylig ble vist på nettet og vil vises i The Astrophysical Journal.
