Mysterier af bomuldsplaneter optrævler i nye Hubble-observationer

"Super-Puffs" kan lyde som en ny morgenmadsblanding. Men det er faktisk kælenavnet for en unik og sjælden klasse af unge exoplaneter, der har tætheden af ​​bomuld. Intet som dem findes i vores solsystem.

Nye data fra NASAs Hubble-rumteleskop har givet de første spor til kemien af ​​to af disse super-hævede planeter, som er placeret i Kepler 51-systemet. Dette exoplanetsystem, som faktisk kan prale af tre superpust, der kredser om en ung sollignende stjerne, blev opdaget af NASAs Kepler-rumteleskop i 2012. Men det var først i 2014, da de lave tætheder af disse planeter blev bestemt, til manges overraskelse.

De nylige Hubble-observationer gjorde det muligt for et hold astronomer at forfine masse- og størrelsesestimaterne for disse verdener – hvilket uafhængigt bekræfter deres "hævede" natur. Selvom det ikke er mere end flere gange Jordens masse, deres hydrogen/helium-atmosfære er så oppustede, at de næsten er på størrelse med Jupiter. Med andre ord, disse planeter kan se lige så store og omfangsrige ud som Jupiter, men er omtrent hundrede gange lettere i form af masse.

Hvordan og hvorfor deres atmosfærer ballonerer udad forbliver ukendt, men denne funktion gør superpust til det primære mål for atmosfærisk undersøgelse. Brug af Hubble, holdet ledte efter bevis for komponenter, især vand, i planeternes atmosfærer, kaldet Kepler-51 b og 51 d. Hubble observerede planeterne, da de passerede foran deres stjerne, sigter på at observere den infrarøde farve af deres solnedgange. Astronomer udledte mængden af ​​lys absorberet af atmosfæren i infrarødt lys. Denne type observation gør det muligt for forskere at lede efter de afslørende tegn på planeternes kemiske bestanddele, såsom vand.

Til Hubble-teamets forbløffelse, de fandt, at begge planeters spektre ikke havde nogen afslørende kemiske signaturer. De tilskriver dette resultat til skyer af partikler højt i deres atmosfærer. "Dette var fuldstændig uventet, " sagde Jessica Libby-Roberts fra University of Colorado, Kampesten, "Vi havde planlagt at observere store vandabsorptionsfunktioner, men de var der bare ikke. Vi var skyet ud!" Men, i modsætning til Jordens vandskyer, skyerne på disse planeter kan være sammensat af saltkrystaller eller fotokemiske dis, som dem der findes på Saturns største måne, Titan.

Disse skyer giver holdet indsigt i, hvordan Kepler-51 b og 51 d klarer sig mod andre lavmasser, gasrige planeter uden for vores solsystem. Når man sammenligner superpustens flade spektre med andre planeters spektre, holdet var i stand til at understøtte hypotesen om, at sky-/disdannelse er forbundet med temperaturen på en planet – jo køligere er en planet, jo mere overskyet bliver det.

Holdet undersøgte også muligheden for, at disse planeter faktisk slet ikke var super-pust. Tyngdekraften blandt planeterne skaber små ændringer i deres omløbsperioder, og ud fra disse tidsmæssige virkninger kan planetmasser udledes. Ved at kombinere variationerne i tidspunktet for hvornår en planet passerer foran sin stjerne (en begivenhed kaldet transit) med de transitter observeret af Kepler-rumteleskopet, holdet begrænsede bedre de planetariske masser og systemets dynamik. Deres resultater stemte overens med tidligere målte for Kepler-51 b. Imidlertid, de fandt ud af, at Kepler-51 d var lidt mindre massiv (eller planeten var endnu mere hævet) end tidligere antaget.

Til sidst, holdet konkluderede, at de lave tætheder af disse planeter til dels er en konsekvens af systemets unge alder, kun 500 millioner år gammel, sammenlignet med vores 4,6 milliarder år gamle Sun. Modeller tyder på, at disse planeter er dannet uden for stjernens "snelinje, " området med mulige baner, hvor iskolde materialer kan overleve. Planeterne migrerede derefter indad, som en perlerække af jernbanevogne.

Nu, med planeterne meget tættere på stjernen, deres lavdensitetsatmosfærer skulle fordampe ud i rummet i løbet af de næste par milliarder år. Ved hjælp af planetariske evolutionsmodeller, holdet var i stand til at vise, at Kepler-51 b, planeten tættest på stjernen, vil en dag (om en milliard år) ligne en mindre og varmere version af Neptun, en type planet, der er ret almindelig i hele Mælkevejen. Imidlertid, det ser ud til, at Kepler-51 d, som er længere væk fra stjernen, vil fortsætte med at være en ulige planet med lav tæthed, selvom det både vil krympe og miste en lille smule atmosfære. "Dette system tilbyder et unikt laboratorium til at teste teorier om tidlig planetevolution, " sagde Zach Berta-Thompson fra University of Colorado, Kampesten.

Den gode nyhed er, at alt ikke er tabt for at bestemme den atmosfæriske sammensætning af disse to planeter. NASAs kommende James Webb-rumteleskop, med sin følsomhed over for længere infrarøde bølgelængder af lys, kan være i stand til at kigge gennem skylagene. Fremtidige observationer med dette teleskop kan give indsigt i, hvad disse bomuldsplaneter faktisk er lavet af. Indtil da, disse planeter forbliver et sødt mysterium.