Studiul planetelor extrasolare a explodat cu adevărat în ultimii ani. În prezent, astronomii au reușit să confirme existența a 4.104 de planete dincolo de Sistemul nostru Solar, cu alte 4900 care așteaptă confirmarea. Studiul acestor numeroase planete a dezvăluit lucruri despre gama de planete posibile din Universul nostru și ne-a învățat că există multe pentru care nu există analogi în Sistemul nostru solar.
De exemplu, datorită noilor date obținute de către Telescopul spațial Hubble, astronomii au aflat mai multe despre o nouă clasă de exoplanete cunoscută sub numele de planete „super-puf”. Planetele din această clasă sunt, în esență, giganți tineri cu gaz, care sunt în comparație cu Jupiter, dar au mase de doar câteva ori mai mari decât cele ale Pământului. Acest lucru rezultă în atmosfera lor având densitatea de bomboane de bumbac, de unde și porecla încântătoare!
Singurele exemple cunoscute ale acestei planete se află în sistemul Kepler 51, o tânără stea asemănătoare Soarelui situată la aproximativ 2.615 ani-lumină distanță în constelația Cygnus. În cadrul acestui sistem, trei exoplanete au fost confirmate (Kepler-51b, c și d) care au fost detectate pentru prima dată de către Telescop spațial Kepler în 2012. Cu toate acestea, abia în 2014, densitățile acestor planete au fost confirmate și a fost o surpriză.
În timp ce acești giganti ai gazelor au atmosfere care sunt compuse din hidrogen și heliu și au aproximativ aceeași dimensiune ca Jupiter, ele sunt, de asemenea, de aproximativ o sută de ori mai ușoare în ceea ce privește masa. Cum și de ce atmosfera lor ar balona modul în care fac, rămâne un mister, dar rămâne faptul că natura atmosferelor lor face din planetele super-puf un candidat primordial pentru analiza atmosferică.
Tocmai asta a căutat o echipă internațională de astronomi - condusă de Jessica Libby-Roberts de la Centrul pentru Astrofizică și Astronomie Spațială (CASA) de la Universitatea din Colorado, Boulder -. Utilizarea datelor din Hubble, Libby-Roberts și echipa ei au analizat spectrele obținute din atmosferele Kepler-51 b și d pentru a vedea ce componente (inclusiv apa) erau acolo.
Pe măsură ce aceste planete treceau în fața stelei lor, lumina absorbită de atmosferele lor era examinată în lungimea de undă infraroșie. Spre surprinderea echipei, au descoperit că spectrele ambelor planete nu aveau semnături chimice. Acestea le-au atribuit prezenței de nori de cristale de sare sau de ceață fotochimică în atmosfera lor.
Ca atare, echipa s-a bazat pe simulări computerizate și alte instrumente pentru a teoriza că planetele Kepler-51 sunt în mare parte hidrogen și heliu în masă, care este acoperit de o ceață groasă formată din metan. Acest lucru este similar cu ceea ce se întâmplă în atmosfera lui Titan (cea mai mare lună a lui Saturn), unde atmosfera predominant azotată conține nori de gaz metan care întunecă suprafața.
"Acest lucru a fost complet neașteptat", a spus Libby-Roberts. „Aveam de gând să respectăm caracteristici mari de absorbție a apei, dar pur și simplu nu erau acolo. Am fost noriți! ” Cu toate acestea, acești nori au oferit echipei o informație valoroasă asupra modului în care Kepler-51 b și d se compară cu alte exoplanete bogate în gaze, cu masă redusă, observate de astronomi. Așa cum a explicat Libby-Roberts într-o declarație de presă a CU Boulder:
„Știam că sunt cu densitate mică. Dar când imaginezi o minge de bumbac de dimensiuni Jupiter - aceasta este într-adevăr cu o densitate mică ... Cu siguranță ne-a trimis scăpăriri pentru a găsi ceea ce se poate întâmpla aici. Ne așteptam să găsim apă, dar nu puteam observa semnăturile vreunei molecule. ”
Echipa a fost, de asemenea, în măsură să restricționeze mai bine dimensiunea și masa acestor planete prin măsurarea efectelor lor de sincronizare. În toate sistemele, se produc modificări ușoare în perioada orbitală a planetei datorită atracției lor gravitaționale, care poate fi folosită pentru a obține masa unei planete. Rezultatele echipei au fost de acord cu estimările anterioare pentru Kepler-51 b, în timp ce estimările pentru Kepler-51 d au indicat că este puțin mai puțin masiv (de asemenea, mai puffier) decât se credea anterior.
De asemenea, echipa a comparat spectrele celor două super-puf cu cele ale altor planete și a obținut rezultate care au indicat că formarea de nori / ceață este legată de temperatura unei planete. Aceasta susține ipoteza că cu cât este mai răcoroasă o planetă, cu atât va fi mai tulbure, ceea ce astăzi astronomii au avut în vedere mulțumită recenței recente a descoperirilor exoplanetelor.
Ultimul, dar nu în ultimul rând, echipa a observat că atât Kepler-51b cât și d par să piardă rapid gaz. De fapt, echipa estimează că fosta planetă (care este cea mai apropiată de steaua sa mamă) aruncă zeci de miliarde de tone de material în spațiu în fiecare secundă. Dacă această tendință continuă, planetele se vor micșora considerabil în următorii câteva miliarde de ani și ar putea deveni mini-Neptune.
În acest sens, acest lucru ar sugera că exoplanetele nu sunt atât de neobișnuite până la urmă, dat fiind faptul că mini-Neptunele par a fi foarte frecvente. De asemenea, sugerează că densitățile scăzute ale planetelor super-puf sunt atribuite vârstei sistemului. În timp ce sistemul solar are aproximativ 4,6 miliarde de ani, Kepler-51 este de aproximativ 500 de milioane de ani.
Modelele planetare utilizate de echipă indică faptul că planetele s-au format probabil dincolo de linia de îngheț Kepler-51s - granița dincolo de care elementele volatile vor îngheța - și apoi au migrat spre interior. În loc să fie planete ciudate, atunci Kepler-51 b și d ar putea fi primele exemple pe care astronomii au văzut despre unul dintre cele mai comune tipuri de planete din Universul nostru în primele etape ale dezvoltării.
După cum a explicat Zach Berta-Thompson (profesor asistent APS și coautor al noii cercetări), acest lucru face din Kepler-51 un „laborator unic” pentru testarea teoriilor evoluției timpurii a planetei:
„Acesta este un exemplu extrem de fain cu privire la exoplanetele în general. Ne oferă o oportunitate de a studia lumi care sunt foarte diferite decât ale noastre, dar plasează planetele în sistemul nostru solar într-un context mai larg. ”
În viitor, implementarea de instrumente de generație viitoare, cum ar fi Telescopul spațial James Webb (JWST) îi va ajuta pe astronomi să examineze atmosfera planetelor Kepler-51 și a altor super-puf. Datorită sensibilității JWST la lungimi de undă mai lungi în infraroșu, este posibil să putem vedea încă printre norii lor densi și să stabilim din ce sunt compuse aceste planete „bomboane de bumbac”.
Este, de asemenea, o altă pene din capacul veneratului Hubble, care funcționează continuu de aproximativ treizeci de ani (din mai 1990) și continuă să arunce lumină asupra misterelor cosmice! Este adecvat doar că face încă descoperiri care vor fi, în scurt timp, obiectul unor investigații ulterioare James Webb, succesorul său spiritual.
Studiul care detaliază cercetarea echipei a apărut recent online și va apărea în Jurnalul Astrofizic.
