A Naprendszeren kívüli bolygók tanulmányozása az elmúlt években robbanásszerűen megnőtt. Jelenleg a csillagászok meg tudták erősíteni a létezését 4104 bolygó Naprendszerünkön túl, további 4900 vár megerősítésre. Ennek a sok bolygónak a tanulmányozása feltárt dolgokat az Univerzumunk lehetséges bolygóiról, és megtanított minket arra, hogy sok olyan létezik, amelyre nincs analóg a Naprendszerünkben.
Például az általa megszerzett új adatoknak köszönhetően Hubble Űrteleszkóp , a csillagászok többet megtudtak az exobolygó egy új osztályáról, a „ szuperpuff ” bolygók. Az ebbe az osztályba tartozó bolygók alapvetően fiatal gázóriások, amelyek mérete a Jupiterhez hasonlítható, de tömegük csak néhányszor nagyobb, mint a Földé. Ez azt eredményezi, hogy légkörük sűrűsége a vattacukoré, innen ered az elragadó becenév!
Ennek a bolygónak az egyetlen ismert példánya a Kepler 51 rendszerben található, egy fiatal Nap-szerű csillagban, amely körülbelül 2615 fényévnyire található. Cygnus csillagkép . Ezen a rendszeren belül három exobolygót erősítettek meg (Kepler-51 b, c és d), amelyeket először a Kepler Űrteleszkóp 2012-ben azonban csak 2014-ben erősítették meg ezeknek a bolygóknak a sűrűségét, és ez igencsak meglepő volt.
A Kepler 51 Napszerű csillag körül keringő három óriásbolygó a Naprendszerünk egyes bolygóihoz képest. Köszönetnyilvánítás: NASA, ESA, valamint L. Hustak és J. Olmsted (STScI)
Míg ezeknek a gázóriásoknak a légköre hidrogénből és héliumból áll, és körülbelül akkora, mint a Jupiter, tömegüket tekintve körülbelül százszor könnyebbek. Továbbra is rejtély, hogy légkörük hogyan és miért léggömbölyög úgy, ahogy ők teszik, de az tény, hogy légkörük természete miatt a szuperpuffadásos bolygók a légköri elemzés első számú jelöltjei.
Pontosan ezt teszi egy nemzetközi csillagászcsapat – Jessica Libby-Roberts vezetésével. Asztrofizikai és Űrcsillagászati Központ (CASA) a Colorado-i Egyetemen, Boulderben – igyekezett megtenni. től származó adatok felhasználásaHubble, Libby-Roberts és csapata a Kepler-51 b és d atmoszférájából nyert spektrumokat elemezték, hogy megnézzék, milyen komponensek (beleértve a vizet) vannak ott.
Ahogy ezek a bolygók elhaladtak csillaguk előtt, a légkörük által elnyelt fényt infravörös hullámhosszon vizsgálták. A csapat meglepetésére azt találták, hogy mindkét bolygó spektrumában nincs árulkodó kémiai jel. Ezt annak tulajdonították, hogy légkörükben sókristályok vagy fotokémiai homályok jelennek meg.
Ennek megfelelően a csapat számítógépes szimulációkra és egyéb eszközökre támaszkodott annak elméletében, hogy a Kepler-51 bolygók tömege többnyire hidrogénből és héliumból áll, amelyet metánból álló sűrű homály fed le. Ez hasonló ahhoz, ami a Titán légkörében (a Szaturnusz legnagyobb holdja) történik, ahol a túlnyomórészt nitrogéntartalmú légkör metángázfelhőket tartalmaz, amelyek eltakarják a felszínt.
Művész illusztrációja az újonnan megtalált GJ 3512b gázóriás bolygóról, amely egy vörös törpe csillag körül kering. Köszönetnyilvánítás: Guillem Anglada-Escude – IEEC/Science-wave, a SpaceEngine.org használatával (CC BY 4.0)
„Ez teljesen váratlan volt” – mondta Libby-Roberts. „Azt terveztük, hogy megfigyeljük a nagy vízelnyelési jellemzőket, de ezek egyszerűen nem voltak ott. El voltunk borulva!” Ezek a felhők azonban értékes betekintést nyújtottak a csapatnak abba, hogy a Kepler-51 b és d hogyan viszonyul más, a csillagászok által megfigyelt kis tömegű, gázban gazdag exobolygókhoz. Ahogy Libby-Roberts elmagyarázta egy CU Boulderben sajtónyilatkozat :
„Tudtuk, hogy alacsony sűrűségűek. De ha elképzelünk egy Jupiter-méretű vattacukorgolyót – ez nagyon alacsony sűrűségű… Ez határozottan arra késztetett bennünket, hogy kitaláljuk, mi történhet itt. Arra számítottunk, hogy vizet találunk, de nem tudtuk megfigyelni egyetlen molekula aláírását sem.
A csapat az időzítési hatások mérésével jobban korlátozni tudta e bolygók méretét és tömegét. Minden rendszerben enyhe változások következnek be a bolygó keringési periódusában a gravitációs vonzásuk miatt, amiből származtatható a bolygó tömege. A csapat eredményei megegyeztek a Kepler-51 b-re vonatkozó korábbi becslésekkel, míg a Kepler-51 d-re vonatkozó becslések azt mutatták, hogy valamivel kisebb tömegű (vagyis puffadtabb), mint azt korábban gondolták.
A csapat a két szuperpuffadás spektrumát is összehasonlította más bolygókéval, és olyan eredményeket kapott, amelyek azt mutatják, hogy a felhő/köd kialakulása összefüggésben áll egy bolygó hőmérsékletével. Ez alátámasztja azt a hipotézist, hogy minél hűvösebb egy bolygó, annál felhősebb lesz, amin a csillagászok gondolkodtak az exobolygó-felfedezések közelmúltbeli áradásának köszönhetően.
A mini Neptun-bolygók mérete körülbelül 1,5-4-szer akkora, mint a Föld, és sziklás magjuk és változó vastagságú, puffadt gáznemű héjuk van. Köszönetnyilvánítás: Geoff Marcy
Végül, de nem utolsósorban a csapat megfigyelte, hogy a Kepler-51 b és d egyaránt gyorsan veszít gázból. Valójában a csapat becslése szerint az egykori bolygó (amely a legközelebb van szülőcsillagához) másodpercenként több tízmilliárd tonna anyagot dob az űrbe. Ha ez a tendencia folytatódik, a bolygók az elkövetkező néhány milliárd évben jelentősen összezsugorodnak, és mini-Neptunuszokká válhatnak.
Ebből a szempontból ez azt sugallja, hogy az exobolygók mégsem olyan ritkák, így a mini-Neptunusz nagyon gyakorinak tűnik. Azt is sugallja, hogy a szuperpuff bolygók alacsony sűrűsége a rendszer korának tulajdonítható. Míg a Naprendszer nagyjából 4,6 milliárd éves, a Kepler-51 mindössze 500 millió éve létezik.
A csapat által használt bolygómodellek azt mutatják, hogy a bolygók valószínűleg a Kepler-51s fagyvonalon túl alakultak ki – azon a határon, amelyen túl az illékony elemek megfagynak –, majd befelé vándoroltak. Ahelyett, hogy furcsa bolygók lennének, a Kepler-51 b és d lehet az első példa, amelyet a csillagászok láttak Univerzumunk egyik leggyakoribb bolygótípusára a fejlődés korai szakaszában.
Ahogy Zach Berta-Thompson (egy adjunktus APS professzor és az új kutatás társszerzője) kifejtette, ez teszi a Kepler-51-et „egyedülálló laboratóriummá” a korai bolygófejlődés elméleteinek tesztelésére:
„Ez egy extrém példa arra, hogy mi olyan klassz az exobolygókban általában. Lehetőséget adnak olyan világok tanulmányozására, amelyek nagyon különböznek a miénktől, de a saját naprendszerünk bolygóit is nagyobb összefüggésbe helyezik.”
Illusztráció a NASA James Webb űrteleszkópjáról. Köszönetnyilvánítás: NASA
A jövőben a következő generációs eszközök bevezetése, mint a James Webb űrteleszkóp (JWST) segít a csillagászoknak megvizsgálni a Kepler-51 bolygók légkörét és más szuperpuffadásokat. A JWST hosszabb infravörös hullámhosszokra való érzékenységének köszönhetően talán még átnézhetünk a sűrű felhőkön, és megállapíthatjuk, hogy valójában miből is állnak ezek a „vattacukor” bolygók.
Ez is egy másik toll a tisztelt sapkábanHubble,amely immár körülbelül harminc éve (1990 májusa óta) folyamatosan működik, és továbbra is a kozmikus rejtélyekre világít rá! Csak illő, hogy még mindig olyan leleteket tesz, amelyek hamarosan nyomon követési vizsgálatok tárgyát képezik.James Webb, szellemi utódja.
A csapat kutatását részletező tanulmány a közelmúltban jelent meg az interneten, és megjelenik Az Astrophysical Journal .
További irodalom: NASA , CU Boulder ma , arXiv
