Et kunstnerbilde av en eksoplanett med en svulmende atmosfære.
(Bilde: © NASA)
Det viser seg at eksoplaneter kan være så søte som en tur til statsmessen: To verdener oppdaget av NASAs Kepler Space Telescope har omtrent samme tetthet som en pakke med sukkertøy. De to planetene, som går i bane rundt en ung stjerne bare rundt 500 millioner år gamle, er nyfødte verdener nesten like brede som gassgiganter, selv om de veier inn mindre enn 10 ganger jordens masse.
Ved å bruke NASAs Hubble-romteleskop gjorde forskere oppfølgingsobservasjoner av de to "deilige" verdenene, kjent som Kepler-51b og Kepler-51d. De fant ut at verdens oppsvulmede atmosfære mest sannsynlig inneholdt en dis som strekker seg høyt over overflaten. Verdens utvidede atmosfære plasserte dem i en sjelden klasse av exoplaneter, superpuffene.
"Dette er eksoplaneter med laveste tetthet til dags dato," sa Jessica Roberts forrige måned. Hun presenterte de foreløpige resultatene under det 232. halvårlige møte i American Astronomical Society i Denver. En doktorgradsstudent ved University of Colorado, Boulder, Roberts hjalp sleuth ut en jordlignende sammenligning for planetene. Hun fant en uvanlig analog til superpuffene - en søt godbit. [De mest spennende fremmede planetoppdagelsene fra 2017]
"Jeg vil at du skal tegne gigantiske planeter laget av bomullsgodteri," sa hun.
"Virkelig fluffy Titans"
I 2011 oppdaget Kepler en verden med lav tetthet som kretser rundt den unge stjernen Kepler 51; senere studier bekreftet at planeten hadde to søsken. Alle tre planetene har en svulmende atmosfære, og de første observasjonene antydet deres lave tetthet.
Superpuffene fanget oppmerksomheten til Roberts 'doktorgradsrådgiver i Boulder, Zachory Berta-Thompson, som mistenkte at de oppsvulmede atmosfærene ville være lettere å studere enn de mer bosatte atmosfærene rundt andre verdener. Sammen med flere kolleger brukte forskerne Hubble for å undersøke kjemien i atmosfærene på 51b og 51d da paret passerte to ganger mellom stjernen og jorden. Den tredje verdenen, 51c, klippet bare kanten av systemets sol og holdt atmosfæren skjult, og det var ikke en del av den nye studien.
Forskerne fant at begge planetene produserte et signal som antydet at bittesmå partikler kalt aerosoler dominerte atmosfærene. Disse aerosolene kan lages av massive skybanker, eller de kan være tegnet på en planetomringende dis.
"Den beste gjetningen vår er at vi ikke har å gjøre med noen type sky-kondensering," sa Roberts. "Det vi sannsynligvis har å gjøre med, er en type fotokjemisk dis som vi bare ikke vet hva den er laget av."
I solsystemet er Saturns største måne, Titan, den eneste som er dominert av et dislag laget av hydrokarboner, mest sannsynlig metan og etan. Den massive månen kan gi innsikt i superpuffene, som kan bære en utvidet versjon av diset.
"Vi ser kanskje på noen virkelig fluffy Titans," sa Roberts. [Twilight Haze Shines Over Saturns Big Moon Titan i fantastiske Cassini-foto]
Planeter av bomullsgodteri
Beregning av tettheten til en planet krever en retur til fysikk på videregående skole. Tettheten til et objekt er dens masse delt på volumet; volumet bestemmes av radius. Hubbles presise målinger hjalp forskerne til bedre å begrense eksoplanetenes masse. For å finne sin radius - og dermed volumet - sammenligner forskere størrelsen på planeten med stjernen. Ved å gå gjennom det som var kjent om stjernen, kunne Roberts og hennes kolleger bestemme en mer presis radius.
Kepler-51b har en masse omtrent det dobbelte av jorden og en radius som er syv ganger større, og den kretser rundt stjernen hver 45. dag. Med sin 130-dagers bane er Kepler-51d litt større, omtrent 7,5 ganger så massiv som Jorden med en radius nesten ti ganger planeten vår. Det tredje søsken, Kepler-51c, tar 85 dager å reise rundt stjernen og har omtrent fire ganger jordens radius.
Ved å kombinere den oppdaterte massen med den reviderte radius, kunne forskerne beregne at densitetene til planetene varierte fra 0,03 gram til 0,06 gram per kubikkcentimeter. Det er en tidel så tett som Saturn, solsystemets minst tette planet, og en som ville flyte i vann hvis du kunne finne et badekar stort nok.
Å finne ut hva det ville bety i virkelige vilkår ville ta litt mer arbeid, men Roberts var bestemt.
Hennes første tanke var av marshmallows. Hun smeltet en gruppe i mikrobølgeovnen, men synes de hvite godbitene fortsatt var for tette.
"Det var bare et fryktelig rot," sa hun til Space.com.
For sine trekk fra bomullsgodteri dro hun til en matbutikk og kjøpte containere med bomullsgodteri. Det nyspunnet materialet var ikke tett nok, men hun håpet at de ferdigpakkede karene kan fungere. Hun målte volumet på beholderen og veide materialet for å beregne dens densitet, som var en nær match for superpuffene.
"Jeg kjøpte så mange av disse karene, [kassereren] var som, du må være en fan av sukkertøy," sa Roberts.
"Jeg var som, det er for vitenskap."
Unge planeter
Hvorfor er disse verdenene så tette? Roberts tror at ungdommen deres kan spille en nøkkelrolle. Planeter dannes som støv og steiner kolliderer for å bygge en verden. Når den steinete kjernen er massiv nok, trekker dens vekt inn lettere gass for å skape en atmosfære.
I følge modeller dannet de tre superpuffene utenfor snølinjen i systemet deres, den usynlige grensen rundt sentrale stjerner der gass er kald nok til å kondensere til is. Planetene vandret deretter innover, og nådde sine nåværende baner. Da de beveget seg nærmere den varme stjernen, smeltet isen deres og skapte en gassformig atmosfære som begynner å bule ut.
Mens planeter starter varm fra kollisjonene som dannet dem, kjøler de seg ned over tid og forårsaker en sammentrekning av materialet. Samtidig stripper stjernevindene av noe av atmosfæren. I følge Roberts antyder modeller at de neste 5 milliarder årene, når den er litt eldre enn Jorden er i dag, 51b vil se mer ut som en typisk Neptun-planet. Fordi det er lenger borte fra stjernen, sa hun at "51d vil sannsynligvis være litt av en underlig ball, fordi den ikke har så mye av atmosfæren hans strippet."
"Om noen få milliarder år vil vi se disse planetene mindre enn de er nå," sa Roberts.
Hvis du kunne stå på en av superpuffene (forutsatt at den har en steinete overflate), ville atmosfæretrykket sannsynligvis være knusende høyt, sa Roberts. Du ville ha det bedre å flyte rundt høyere i atmosfæren der trykket ville være lavere, la hun til.
Tidlig i sin levetid skrøt Jorden sannsynligvis sin egen oppblåste atmosfære, sa hun, selv om den sannsynligvis mistet den veldig raskt.
Forskerne planlegger å sende inn forskningen sin for publisering senere i sommer.
Nå trenger vi bare de søte verdenene for å sportslig bomullsgodterifarger, som blå, rosa, lilla eller grønn!
