Štúdia extrasolárnych planét v posledných rokoch skutočne explodovala. V súčasnosti môžu astronómovia potvrdiť existenciu 4 104 planét mimo našej slnečnej sústavy, pričom ďalších 4900 čaká na potvrdenie. Štúdium týchto mnohých planét odhalilo veci o rozsahu možných planét v našom vesmíre a naučilo nás, že existuje veľa, pre ktoré v našej slnečnej sústave nie sú analógy.
Napríklad vďaka novým údajom získaným prostredníctvom internetu Hubbleov vesmírny teleskop, astronómovia sa dozvedeli viac o novej triede exoplanet známych ako „super nafúknuté“ planéty. Planéty v tejto triede sú v podstate mladé plynové giganty, ktoré sú svojou veľkosťou porovnateľné s Jupiterom, ale majú hmotnosti, ktoré sú len niekoľkokrát väčšie ako hmotnosť Zeme. To má za následok, že ich atmosféra má hustotu cukrovej vaty, a teda príjemnú prezývku!
Jediné známe príklady tejto planéty sú v systéme Kepler 51, mladá hviezda podobná Slnku, ktorá je vzdialená asi 2 615 svetelných rokov v súhvezdí Cygnus. V rámci tohto systému boli potvrdené tri exoplanety (Kepler-51b, cad), ktoré boli prvýkrát zistené Keplerov vesmírny teleskop v roku 2012. Hustoty týchto planét sa potvrdili až v roku 2014 a bolo to celkom prekvapujúce.
Aj keď tieto plynové giganty majú atmosféru, ktorá sa skladá z vodíka a hélia a sú približne rovnako veľké ako Jupiter, sú z hľadiska hmotnosti tiež stokrát ľahšie. Ako a prečo by ich atmosféra nafúkla spôsob, akým to robia, zostáva záhadou, ale faktom zostáva, že superhlukové planéty robia super-nafúknuté planéty hlavným kandidátom na atmosférickú analýzu.
Presne to sa snažil medzinárodný tím astronómov - vedený Jessicou Libby-Roberts z Centra pre astrofyziku a vesmírnu astronómiu (CASA) na University of Colorado v Boulder. Používanie údajov z HubbleLibby-Roberts a jej tím analyzovali spektrá získané z atmosféry Kepler-51 ba d, aby zistili, ktoré zložky (vrátane vody) tam boli.
Keď tieto planéty prešli pred ich hviezdou, skúmalo sa svetlo absorbované atmosférou v infračervenej vlnovej dĺžke. K prekvapeniu tímu zistili, že spektrá oboch planét nemali žiadne výpovedné chemické podpisy. Prisúdili to prítomnosti oblakov soľných kryštálov alebo fotochemických hmôt v ich atmosfére.
Tím sa spoliehal na počítačové simulácie a ďalšie nástroje, aby teoretizoval, že planéty Kepler-51 sú väčšinou vo vode vodík a hélium, ktoré sú pokryté hustou hmlou tvorenou metánom. Je to podobné tomu, čo sa deje v Titanovej atmosfére (Saturnov najväčší mesiac), kde prevažne dusíková atmosféra obsahuje oblaky metánového plynu, ktoré zakrývajú povrch.
"Bolo to úplne neočakávané," uviedol Libby-Roberts. "Plánovali sme pozorovanie veľkých absorpčných vlastností vody, ale oni tam jednoducho neboli." Boli sme zahalení! “ Tieto oblaky však tímu poskytli cenné informácie o tom, ako sa Kepler-51 ba porovnávajú s inými nízkohmotnými exoplanetami bohatými na plyn pozorovanými astronómami. Ako Libby-Roberts vysvetlil v tlačovom vyhlásení CU Boulder:
„Vedeli sme, že majú nízku hustotu. Ale keď si predstavujete guľôčku cukrovej vaty s veľkosťou Jupiter - to je skutočne nízka hustota ... Rozhodne nás to poslalo miešať, aby sme prišli s tým, čo by sa tu mohlo diať. Očakávali sme, že nájdeme vodu, ale nemohli sme pozorovať podpisy žiadnej molekuly. “
Tím bol tiež schopný lepšie obmedziť veľkosť a hmotnosť týchto planét pomocou merania ich časových účinkov. Vo všetkých systémoch sa v orbitálnom období planéty vyskytujú malé zmeny v dôsledku gravitačného ťahu, ktorý možno použiť na odvodenie hmotnosti planéty. Výsledky tímu súhlasili s predchádzajúcimi odhadmi pre Kepler-51b, zatiaľ čo odhady pre Kepler-51 d naznačovali, že je o niečo menej masívny (aka. Nafúknutý), ako sa pôvodne predpokladalo.
Tím tiež porovnal spektrá dvoch super-nadýchnutí s tými z iných planét a získal výsledky, ktoré naznačujú, že tvorba mraku / hmly je spojená s teplotou planéty. Toto podporuje hypotézu, že čím je planéta chladnejšia, tým bude zakalenejšia, čo astronómovia zvažujú vďaka nedávnym objavom exoplanet.
V neposlednom rade tím poznamenal, že sa zdá, že Kepler-51b aj d rýchlo strácajú plyn. Tím odhaduje, že bývalá planéta (ktorá je najbližšie k svojej materskej hviezde) každú sekundu ukladá do vesmíru desiatky miliárd ton materiálu. Ak bude tento trend pokračovať, planéty sa v priebehu najbližších niekoľkých miliárd rokov výrazne zmenšia a mohli by sa stať mini-Neptúnami.
V tejto súvislosti by to naznačovalo, že exoplanety nie sú napokon také neobvyklé, keďže mini-Neptúny sa zdajú byť veľmi bežné. Naznačuje tiež, že nízka hustota superfučných planét sa pripisuje veku systému. Zatiaľ čo slnečná sústava je stará približne 4,6 miliardy rokov, Kepler-51 je už len 500 miliónov rokov.
Planetárne modely, ktoré tím použil, naznačujú, že planéty sa pravdepodobne vytvorili za hranicou mrazu Kepler-51s - hranica, za ktorou prchavé prvky zamrznú - a potom migrovali smerom dovnútra. Kepler-51b a d môžu byť skôr prvými príkladmi, ktoré astronómovia videli ako jeden z najbežnejších typov planét v našom vesmíre v počiatočných fázach vývoja.
Ako vysvetlil Zach Berta-Thompson (pomocný profesor APS a spoluautor nového výskumu), stáva sa Kepler-51 „jedinečným laboratóriom“ na testovanie teórií včasného vývoja planéty:
„Toto je extrémny príklad toho, čo je všeobecne dobré na exoplanety. Dávajú nám príležitosť študovať svety, ktoré sú veľmi odlišné od našich, ale tiež umiestnia planéty v našej vlastnej slnečnej sústave do širšieho kontextu. ““
V budúcnosti bude zavádzanie nástrojov novej generácie, ako napr James Webb Space Telescope (JWST) pomôže astronómom preskúmať atmosféru planét Kepler-51 a ďalších nadúvaní. Vďaka citlivosti JWST na dlhšie infračervené vlnové dĺžky sa budeme môcť ešte stále pozerať cez ich husté oblaky a určiť, z čoho sa tieto „bavlnené cukrovinky“ skutočne skladajú.
Je to tiež ďalšie perie v klobúku uctievaného Hubble, ktorá je v nepretržitej prevádzke už asi tridsať rokov (od mája 1990) a naďalej vrhá svetlo na kozmické tajomstvá! Je len vhodné, že stále prijíma zistenia, ktoré budú veľmi skoro predmetom následných vyšetrovaní do roku 2006 James Webb, jeho duchovný nástupca.
Štúdia, ktorá podrobne popisuje výskum tímu, sa nedávno objavila online a objaví sa v ňom The Astrofyzical Journal.
