Изучение планет вне солнечной системы действительно взорвалось в последние годы. В настоящее время астрономы смогли подтвердить существование 4 104 планет за пределами нашей Солнечной системы, еще 4900 ожидают подтверждения. Изучение этих многих планет выявило некоторые аспекты диапазона возможных планет в нашей Вселенной и научило нас тому, что в нашей Солнечной системе нет аналогов, для которых нет аналогов.
Например, благодаря новым данным, полученным Космический телескоп Хаббластрономы узнали больше о новом классе экзопланет, известных как «супер-пухлые» планеты. Планеты этого класса - это, по сути, молодые газовые гиганты, которые сопоставимы по размерам с Юпитером, но имеют массы, которые всего в несколько раз превышают массы Земли. Это приводит к тому, что их атмосфера имеет плотность сахарной ваты, отсюда и восхитительное прозвище!
Единственные известные примеры этой планеты находятся в системе Kepler 51, молодой подобной Солнцу звезде, расположенной на расстоянии около 2615 световых лет в созвездии Лебедя. В рамках этой системы были подтверждены три экзопланеты (Kepler-51 b, c и d), которые были впервые обнаружены Космический телескоп Kepler в 2012 году. Однако только в 2014 году плотность этих планет была подтверждена, и это стало неожиданностью.
Хотя эти газовые гиганты имеют атмосферу, состоящую из водорода и гелия, и они примерно того же размера, что и Юпитер, они также примерно в сто раз легче по массе. Как и почему их атмосфера будет взлетать так, как они это делают, остается загадкой, но факт остается фактом, что природа их атмосфер делает суперспухшие планеты главным кандидатом для анализа атмосферы.
Именно это и стремилась сделать международная команда астрономов - во главе с Джессикой Либби-Робертс из Центра астрофизики и космической астрономии (CASA) в Университете Колорадо, Боулдер. Используя данные из кочкаЛибби-Робертс и ее команда проанализировали спектры, полученные из атмосфер Кеплера-51 b и d, чтобы увидеть, какие компоненты (включая воду) были там.
Когда эти планеты проходили перед своей звездой, свет, поглощенный их атмосферой, исследовался на длине волны инфракрасного излучения. К удивлению команды, они обнаружили, что на спектрах обеих планет не было никаких контрольных химических признаков. Это они объясняют наличием облаков кристаллов соли или фотохимических дымок в их атмосфере.
Таким образом, команда опиралась на компьютерное моделирование и другие инструменты, чтобы теоретизировать, что планеты Кеплер-51 в основном состоят из водорода и гелия по массе, которые покрыты густой дымкой из метана. Это похоже на то, что происходит в атмосфере Титана (самая большая луна Сатурна), где преимущественно азотная атмосфера содержит облака метанового газа, которые затемняют поверхность.
«Это было совершенно неожиданно, - сказал Либби-Робертс. «Мы планировали наблюдать большие водопоглощающие свойства, но их просто не было. Мы были омрачены! Тем не менее, эти облака предоставили команде ценную информацию о том, как Kepler-51 b и d сравниваются с другими маломассивными, богатыми газом экзопланетами, наблюдаемыми астрономами. Как объяснила Либби-Робертс в пресс-релизе CU Boulder:
«Мы знали, что они были низкой плотности. Но когда вы представляете себе шарик сахарной ваты размером с Юпитер - это действительно низкая плотность ... Это определенно заставило нас задуматься над тем, что здесь может происходить. Мы ожидали найти воду, но не могли наблюдать подписи какой-либо молекулы ».
Команда также смогла лучше ограничить размер и массу этих планет путем измерения их временных эффектов. Во всех системах небольшие изменения происходят в орбитальном периоде планеты благодаря их гравитационному притяжению, которое можно использовать для получения массы планеты. Результаты группы согласуются с предыдущими оценками для Kepler-51 b, в то время как оценки для Kepler-51 d показали, что он немного менее массивен (он же более пушистый), чем считалось ранее.
Команда также сравнила спектры двух супер-затяжек со спектрами других планет и получила результаты, которые показали, что образование облаков / дымка связано с температурой планеты. Это подтверждает гипотезу о том, что чем круче планета, тем она будет облачнее, что астрономы размышляли благодаря недавнему потоку открытий экзопланет.
Наконец, что не менее важно, команда заметила, что Kepler-51 b и d, похоже, быстро теряют газ. Фактически, команда оценивает, что бывшая планета (которая является самой близкой к ее родительской звезде) сбрасывает десятки миллиардов тонн материала в космос каждую секунду. Если эта тенденция сохранится, планеты значительно сократятся в течение следующих нескольких миллиардов лет и могут стать мини-нептунами.
В этом отношении можно предположить, что экзопланеты не так уж и редки, так как мини-нептун кажется очень распространенным явлением. Это также говорит о том, что низкие плотности планет супер-затяжки связаны с возрастом системы. В то время как Солнечной системе примерно 4,6 миллиарда лет, Kepler-51 существует всего 500 миллионов лет.
Модели планет, используемые командой, указывают на то, что планеты, вероятно, сформировались за Ледяной линией Кеплера-51 - границей, за которой летучие элементы замерзнут - и затем мигрируют внутрь. Вместо того, чтобы быть странными планетами, Kepler-51 b и d могут быть первыми примерами, которые астрономы видели в одном из самых распространенных типов планет в нашей Вселенной на ранних стадиях развития.
Как объяснил Зак Берта-Томпсон (доцент APS и соавтор нового исследования), это делает Kepler-51 «уникальной лабораторией» для проверки теорий ранней эволюции планеты:
«Это крайний пример того, что так здорово в экзопланетах вообще. Они дают нам возможность изучать миры, которые сильно отличаются от наших, но они также помещают планеты в нашей собственной солнечной системе в более широкий контекст ».
В будущем развертывание инструментов следующего поколения, таких как Космический телескоп Джеймса Вебба (JWST) поможет астрономам исследовать атмосферу планет Кеплер-51 и других супер-затяжек. Благодаря чувствительности JWST к более длинным инфракрасным волнам, мы можем еще посмотреть сквозь их плотные облака и определить, из чего на самом деле состоят эти планеты «вата».
Это еще одно перо в кепке почитаемых Хаббл, который работает уже около тридцати лет (с мая 1990 года) и продолжает проливать свет на космические загадки! Вполне уместно, что он все еще делает выводы, которые очень скоро станут предметом последующих расследований Джеймс УэббЕго духовный преемник.
Исследование, которое детализирует исследование команды, недавно появилось в сети и появится в Астрофизический Журнал.
