Η μελέτη των εξωηλιακών πλανητών έχει πραγματικά εκραγεί τα τελευταία χρόνια. Επί του παρόντος, οι αστρονόμοι μπόρεσαν να επιβεβαιώσουν την ύπαρξη 4.104 πλανητών πέρα από το Ηλιακό μας Σύστημα, ενώ άλλοι 4900 περιμένουν επιβεβαίωση. Η μελέτη αυτών των πολλών πλανητών αποκάλυψε πράγματα για το εύρος των πιθανών πλανητών στο Σύμπαν μας και μας δίδαξε ότι υπάρχουν πολλοί για τους οποίους δεν υπάρχουν ανάλογα στο Ηλιακό μας Σύστημα.
Για παράδειγμα, χάρη στα νέα δεδομένα που αποκτήθηκαν από το Διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, οι αστρονόμοι έχουν μάθει περισσότερα για μια νέα τάξη εξωπλανήτη που είναι γνωστή ως πλανήτες "super-puff". Οι πλανήτες αυτής της κατηγορίας είναι ουσιαστικά νέοι γίγαντες αερίου που είναι συγκρίσιμου μεγέθους με τον Δία, αλλά έχουν μάζες που είναι μερικές φορές μεγαλύτερες από εκείνες της Γης. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα στην ατμόσφαιρα τους να έχουν την πυκνότητα των βαμβακερών καραμελών, εξ ου και το υπέροχο ψευδώνυμο!
Τα μόνα γνωστά παραδείγματα αυτού του πλανήτη βρίσκονται στο σύστημα Kepler 51, ένα νεαρό αστέρι σαν τον Ήλιο που βρίσκεται περίπου 2.615 έτη φωτός μακριά στον αστερισμό του Κύκνου. Μέσα σε αυτό το σύστημα, έχουν επιβεβαιωθεί τρεις εξωπλανήτες (Kepler-51 b, c και d) που εντοπίστηκαν για πρώτη φορά από το Διαστημικό τηλεσκόπιο Kepler το 2012. Ωστόσο, μόλις το 2014 επιβεβαιώθηκε η πυκνότητα αυτών των πλανητών και η έκπληξη ήταν αρκετά.
Ενώ αυτοί οι γίγαντες αερίου έχουν ατμόσφαιρες που αποτελούνται από υδρογόνο και ήλιο και έχουν περίπου το ίδιο μέγεθος με τον Δία, είναι επίσης περίπου εκατό φορές ελαφρύτερες σε σχέση με τη μάζα. Πώς και γιατί οι ατμόσφαιρές τους θα διογκώσουν με τον τρόπο τους παραμένει ένα μυστήριο, αλλά το γεγονός παραμένει ότι η φύση των ατμοσφαιρών τους καθιστά τους πλανήτες υπερ-ρουφηξιών πρωταρχικό υποψήφιο για ατμοσφαιρική ανάλυση.
Αυτό ακριβώς προσπάθησε να κάνει μια διεθνής ομάδα αστρονόμων - με επικεφαλής την Τζέσικα Λίμπι-Ρόμπερτς από το Κέντρο Αστροφυσικής και Διαστημικής Αστρονομίας (CASA) στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο, Μπόλντερ. Χρήση δεδομένων από ΧαμπλΗ Λίμπι-Ρόμπερτς και η ομάδα της ανέλυσαν φάσματα που αποκτήθηκαν από την ατμόσφαιρα του Kepler-51 b και d για να δουν ποια συστατικά (συμπεριλαμβανομένου του νερού) ήταν εκεί.
Καθώς αυτοί οι πλανήτες πέρασαν μπροστά από το αστέρι τους, το φως που απορροφήθηκε από την ατμόσφαιρά τους εξετάστηκε στο μήκος κύματος υπέρυθρων. Προς έκπληξη της ομάδας, διαπίστωσαν ότι τα φάσματα και των δύο πλανητών δεν είχαν καμία χημική υπογραφή. Αυτό αποδίδεται στην παρουσία σύννεφων κρυστάλλων αλατιού ή φωτοχημικών θολών στην ατμόσφαιρα τους.
Ως εκ τούτου, η ομάδα βασίστηκε σε προσομοιώσεις υπολογιστών και άλλα εργαλεία για να θεωρήσει ότι οι πλανήτες Kepler-51 είναι ως επί το πλείστον υδρογόνο και ήλιο κατά μάζα, το οποίο καλύπτεται από μια πυκνή ομίχλη που αποτελείται από μεθάνιο. Αυτό είναι παρόμοιο με αυτό που συμβαίνει στην ατμόσφαιρα του Τιτάνα (το μεγαλύτερο φεγγάρι του Κρόνου), όπου η κυρίως ατμόσφαιρα αζώτου περιέχει σύννεφα αερίου μεθανίου που κρύβουν την επιφάνεια.
«Αυτό ήταν εντελώς απροσδόκητο», δήλωσε ο Λίμπι-Ρόμπερτς. «Είχαμε προγραμματίσει να παρατηρήσουμε μεγάλα χαρακτηριστικά απορρόφησης νερού, αλλά δεν ήταν εκεί. Αποκάλυψαμε! " Ωστόσο, αυτά τα σύννεφα παρείχαν στην ομάδα πολύτιμη εικόνα για το πώς συγκρίνεται το Kepler-51 b και d με άλλους εξωπλανήτες χαμηλής μάζας, πλούσιους σε αέρια που παρατηρούνται από τους αστρονόμους. Όπως εξήγησε ο Λίμπι-Ρόμπερτς σε μια δήλωση τύπου του CU Boulder:
«Γνωρίζαμε ότι ήταν χαμηλής πυκνότητας. Αλλά όταν φαντάζεστε μια μπάλα από βαμβάκι καραμέλα σε μέγεθος Δία - αυτή είναι πραγματικά χαμηλή πυκνότητα ... Σίγουρα μας έστειλε να προσπαθούμε να βρούμε αυτό που θα μπορούσε να συμβαίνει εδώ. Περιμέναμε να βρούμε νερό, αλλά δεν μπορούσαμε να παρατηρήσουμε τις υπογραφές οποιουδήποτε μορίου. "
Η ομάδα μπόρεσε επίσης να περιορίσει καλύτερα το μέγεθος και τη μάζα αυτών των πλανητών μετρώντας τα χρονικά αποτελέσματα. Σε όλα τα συστήματα, μικρές αλλαγές συμβαίνουν στην τροχιακή περίοδο ενός πλανήτη λόγω της έλξης βαρύτητάς τους, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή μάζας ενός πλανήτη. Τα αποτελέσματα της ομάδας συμφώνησαν με προηγούμενες εκτιμήσεις για το Kepler-51 b, ενώ οι εκτιμήσεις για το Kepler-51 d έδειξαν ότι είναι ελαφρώς λιγότερο μαζική (γνωστή και ως puffier) από ό, τι πιστεύεται προηγουμένως.
Η ομάδα συνέκρινε επίσης τα φάσματα των δύο υπερ-ρουφηξιών με εκείνα άλλων πλανητών και έλαβε αποτελέσματα που έδειξαν ότι ο σχηματισμός νέφους / θολότητας συνδέεται με τη θερμοκρασία ενός πλανήτη. Αυτό υποστηρίζει την υπόθεση ότι όσο πιο δροσερός είναι ένας πλανήτης, τόσο πιο νεφελώδης θα είναι, κάτι που οι αστρονόμοι σκέφτονται χάρη στην πρόσφατη ανακάλυψη εξωπλανητών.
Τελευταίο, αλλά όχι λιγότερο σημαντικό, η ομάδα παρατήρησε ότι τόσο το Kepler-51 b όσο και το d φαίνεται να χάνουν αέριο γρήγορα. Στην πραγματικότητα, η ομάδα εκτιμά ότι ο πρώην πλανήτης (που είναι πιο κοντά στο γονικό του αστέρι) πετάει δεκάδες δισεκατομμύρια τόνους υλικού στο διάστημα κάθε δευτερόλεπτο. Εάν συνεχιστεί αυτή η τάση, οι πλανήτες θα συρρικνωθούν σημαντικά τα επόμενα δισεκατομμύρια χρόνια και θα μπορούσαν να γίνουν μίνι-Ποσειδώνες.
Από αυτήν την άποψη, αυτό θα σήμαινε ότι οι εξωπλανήτες δεν είναι τόσο ασυνήθιστοι, δεδομένου ότι οι μίνι-Ποσειδώνες φαίνεται να είναι πολύ συνηθισμένοι. Υποδηλώνει επίσης ότι οι χαμηλές πυκνότητες των πλανητών υπερ puff αποδίδονται στην ηλικία του συστήματος. Ενώ το Ηλιακό Σύστημα είναι περίπου 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια, το Kepler-51 βρίσκεται εδώ και μόλις 500 εκατομμύρια χρόνια.
Τα πλανητικά μοντέλα που χρησιμοποίησε η ομάδα δείχνουν ότι οι πλανήτες πιθανότατα σχηματίστηκαν πέρα από τη γραμμή Frost Kepler-51s - το όριο πέρα από το οποίο τα πτητικά στοιχεία θα παγώσουν - και στη συνέχεια μετανάστευσαν προς τα μέσα. Αντί να είναι πλανητικοί πλανήτες, το Kepler-51 b και d μπορεί να είναι τα πρώτα παραδείγματα που έχουν δει οι αστρονόμοι για έναν από τους πιο συνηθισμένους τύπους πλανητών στο Σύμπαν μας στα πρώτα στάδια της ανάπτυξης.
Όπως εξήγησε ο Zach Berta-Thompson (βοηθός καθηγητής APS και συν-συγγραφέας της νέας έρευνας), αυτό κάνει το Kepler-51 ένα «μοναδικό εργαστήριο» για τη δοκιμή θεωριών για την πρόωρη εξέλιξη του πλανήτη:
"Αυτό είναι ένα ακραίο παράδειγμα αυτού που είναι τόσο ωραίο για τους εξωπλανήτες γενικά. Μας δίνουν την ευκαιρία να μελετήσουμε κόσμους που είναι πολύ διαφορετικοί από τον δικό μας, αλλά τοποθετούν επίσης τους πλανήτες στο δικό μας ηλιακό σύστημα σε ένα ευρύτερο πλαίσιο. "
Στο μέλλον, η ανάπτυξη μέσων επόμενης γενιάς όπως το Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) θα βοηθήσει τους αστρονόμους να εξετάσουν την ατμόσφαιρα των πλανητών Kepler-51 και άλλων υπερ-ρουφηξιών. Χάρη στην ευαισθησία του JWST σε μεγαλύτερα μήκη κύματος υπέρυθρης ακτινοβολίας, ενδέχεται να είμαστε σε θέση να κοιτάξουμε μέσα από τα πυκνά σύννεφα τους και να προσδιορίσουμε από τι αποτελούνται αυτοί οι πλανήτες «βαμβάκι-καραμέλα».
Είναι επίσης ένα άλλο φτερό στο καπάκι του σεβασμού Χαμπλ, που βρίσκεται σε συνεχή λειτουργία για περίπου τριάντα χρόνια τώρα (από τον Μάιο του 1990) και συνεχίζει να ρίχνει φως στα κοσμικά μυστήρια! Αρκεί να βρει ευρήματα που σύντομα θα αποτελέσουν αντικείμενο ερευνών παρακολούθησης από Τζέιμς Γουέμπ, ο πνευματικός διάδοχός του.
Η μελέτη που περιγράφει λεπτομερώς την έρευνα της ομάδας εμφανίστηκε πρόσφατα στο διαδίκτυο και θα εμφανιστεί στο Η Αστροφυσική Εφημερίδα.
