Studie extrasolárních planet v posledních letech skutečně explodovala. V současné době dokázali astronomové potvrdit existenci 4 104 planet mimo naši sluneční soustavu, dalších 4900 čeká na potvrzení. Studium těchto mnoha planet odhalilo věci o rozsahu možných planet v našem vesmíru a naučilo nás, že existuje mnoho, pro které v naší sluneční soustavě nejsou žádné analogy.
Například díky novým datům získaným prostřednictvím internetu Hubbleův kosmický dalekohled, astronomové se dozvěděli více o nové třídě exoplanet známých jako „super nafouknuté“ planety. Planety v této třídě jsou v podstatě mladí plynoví obři, jejichž velikost je srovnatelná s Jupiterem, ale mají hmotnosti, které jsou jen několikrát větší než hmotnost Země. To má za následek, že jejich atmosféra má hustotu bavlněné cukrovinky, proto je to skvělá přezdívka!
Jediné známé příklady této planety spočívají v systému Kepler 51, mladá hvězda podobná Slunci, která se nachází asi 2 615 světelných let v souhvězdí Cygnus. V rámci tohoto systému byly potvrzeny tři exoplanety (Kepler-51 b, c a d), které byly poprvé detekovány Keplerův kosmický dalekohled v roce 2012. Hustoty těchto planet však byly potvrzeny až v roce 2014, a to bylo docela překvapivé.
Zatímco tito plynní obři mají atmosféry, které jsou složeny z vodíku a hélia a mají přibližně stejnou velikost jako Jupiter, jsou také asi stokrát lehčí, pokud jde o hmotnost. Jak a proč by jejich atmosféra balónovala tak, jak to dělají, zůstává záhadou, ale faktem zůstává, že díky své atmosféře jsou super-nafouklé planety hlavním kandidátem pro atmosférickou analýzu.
Přesně to se snažil mezinárodní tým astronomů - vedený Jessicou Libby-Robertsovou z Centra pro astrofyziku a kosmickou astronomii (CASA) na University of Colorado v Boulderu. Používání dat z HubbleLibby-Roberts a její tým analyzovali spektra získaná z atmosféry Kepler-51 ba d, aby zjistili, jaké složky (včetně vody) tam byly.
Když tyto planety procházely před jejich hvězdou, bylo světlo absorbované jejich atmosférou zkoumáno v infračervené vlnové délce. K překvapení týmu zjistili, že spektra obou planet neměla žádné výmluvné chemické podpisy. Přisuzovali to přítomnosti mraků solných krystalů nebo fotochemických zákalů v jejich atmosféře.
Jako takový se tým spoléhal na počítačové simulace a další nástroje, aby teoretizoval, že planety Kepler-51 jsou většinou vodíkem a héliem podle hmotnosti, které je pokryto silným zákalem tvořeným metanem. Je to podobné tomu, co se děje v Titanově atmosféře (Saturnův největší měsíc), kde převážně dusík-atmosféra obsahuje mraky metanového plynu, které zakrývají povrch.
"Bylo to úplně neočekávané," řekl Libby-Roberts. "Plánovali jsme pozorovat velké absorpční vlastnosti vody, ale prostě tam nebyly." Byli jsme zahaleni! “ Tyto mraky však týmu poskytly cenné informace o tom, jak se Kepler-51 ba ve srovnání s jinými nízkohmotnými exoplanety bohatými na plyny pozorovanými astronomy. Jak Libby-Roberts vysvětlil v tiskovém prohlášení CU Boulder:
"Věděli jsme, že mají nízkou hustotu." Ale když si představíte kukuřici z bavlněné cukrovinky velikosti Jupiter - to je opravdu nízká hustota ... Rozhodně nás to poslalo smíchem, abychom přišli s tím, co by se tu mohlo stát. Očekávali jsme, že najdeme vodu, ale nemohli jsme pozorovat podpisy žádné molekuly. “
Tým byl také schopen lépe omezit velikost a hmotnost těchto planet měřením jejich časových efektů. Ve všech systémech dochází v orbitálním období planety k malým změnám v důsledku gravitačního tahu, který lze použít k odvození hmotnosti planety. Výsledky týmu souhlasily s předchozími odhady pro Kepler-51 b, zatímco odhady pro Kepler-51 d naznačovaly, že je o něco méně masivní (aka. Puffier), než se dříve myslelo.
Tým také porovnal spektra dvou super-nadýchání s těmi na jiných planetách a získal výsledky, které naznačovaly, že tvorba mraků a zákalů je spojena s teplotou planety. To podporuje hypotézu, že čím je planeta chladnější, tím bude mlhavější, což astronomové přemýšleli díky nedávným objevům exoplanet.
V neposlední řadě tým poznamenal, že se zdá, že jak Kepler-51b, tak d rychle ztrácí plyn. Ve skutečnosti tým odhaduje, že bývalá planeta (která je nejblíže k její mateřské hvězdě) každou sekundu vyhodí do vesmíru desítky miliard tun materiálu. Pokud bude tento trend pokračovat, planety se během příštích několika miliard let výrazně zmenší a mohou se stát mini-Neptunes.
V tomto ohledu by to naznačovalo, že exoplanety nejsou koneckonců tak neobvyklé, protože mini-Neptunes se zdají být velmi běžné. To také naznačuje, že nízké hustoty super-nafouknutých planet jsou přičítány věku systému. Zatímco Sluneční soustava je stará zhruba 4,6 miliardy let, Kepler-51 je už jen 500 milionů let.
Planetární modely používané týmem naznačují, že planety pravděpodobně vznikly za hranicí mrazu Kepler-51s - hranice, za kterou prchavé prvky zamrznou - a poté migrovaly dovnitř. Kepler-51b a d mohou být tedy spíše než divné planetky prvními příklady, které astronomové viděli v jednom z nejběžnějších typů planet v našem vesmíru v raných fázích vývoje.
Jak vysvětlil Zach Berta-Thompson (pomocný profesor APS a spoluautor nového výzkumu), díky tomu je Kepler-51 „jedinečnou laboratoří“ pro testování teorií raného vývoje planety:
"Toto je extrémní příklad toho, co je na exoplanetách obecně skvělé." Dávají nám příležitost studovat světy, které jsou velmi odlišné od našich, ale také umístí planety v naší vlastní sluneční soustavě do širšího kontextu. “
V budoucnu bude nasazení nástrojů příští generace, jako je James Webb Space Telescope (JWST) pomůže astronomům prozkoumat atmosféru Kepler-51 planet a dalších super-obláčků. Díky citlivosti JWST na delší infračervené vlnové délky můžeme být schopni prozkoumat jejich husté mraky a určit, z čeho jsou tyto „bavlněné cukrovinky“ skutečně složeny.
Je to také další peří v čepici uctívaného Hubble, který je v nepřetržitém provozu již asi třicet let (od května 1990) a stále vrhá světlo na kosmická tajemství! Je pouze vhodné, že stále provádí zjištění, která budou velmi brzy předmětem následných vyšetřování do James Webb, jeho duchovní nástupce.
Studie, která podrobně popisuje týmový výzkum, se nedávno objevila online a objeví se v něm Astrofyzikální deník.
