Планеты как сахарная вата

Обнаруженные планеты в звездной системе за 2600 световых лет от нас имеют настолько низкую плотность, что это относит их к классу молодых экзопланет "Сверх-пухлые".

Новые данные космического телескопа Хаббла предоставили первые подсказки относительно химического состава двух сверх-пухлых планет, находящихся в системе Kepler 51, рассказывают в ЕКА.

Эта экзопланетная система, которая на самом деле может похвастаться тремя сверх-пухлыми планетами, вращающимися вокруг юной звезды, подобной Солнцу, была обнаружена космическим телескопом Кеплер в 2012 году. Однако, только в 2014 году была определена низкая плотность этих планет, что удивило многих.

Последние наблюдения Хаббла позволили команде астрономов уточнить значения массы и размера для этих миров, независимо подтвердив их "пухлую" природу. Хотя их масса не более чем в несколько раз превышает массу Земли, их атмосферы из водорода/гелия настолько раздуты, что размером они почти как Юпитер. Иными словами, эти планеты могут выглядеть такими же большими и объемными, как Юпитер, но примерно в сто раз легче по массе.

Остается неизвестным, как и почему их атмосферы раздуты, но первоочередной эта особенность делает исследование их атмосфер. Используя Хаббл, команда искала доказательства наличия компонентов, в частности воды, в атмосфере планет, называемых Kepler-51 b и 51 d. Хаббл наблюдал за планетами, когда они проходили перед своей звездой, с целью увидеть инфракрасный свет их закатов. Астрономы определили количество света, поглощенного атмосферой в инфракрасном свете. Этот тип наблюдений позволяет ученым выявлять характерные признаки химических составляющих планет, таких как вода.

Команда Хаббла с удивлением обнаружила, что спектры обеих планет не имеют никаких явных химических сигнатур. Они связывают этот результат с облаками частиц высоко в атмосфере. "Это было совершенно неожиданно, - сказала Джессика Либби-Робертс из Университета Колорадо, Боулдер, - Мы планировали увидеть признаки масштабного водопоглощения, но их просто не было. Нас затуманили!" Однако, в отличие от водяных облаков на Земле, облака на этих планетах могут состоять из кристаллов соли или фотохимических дымок, подобных тем, что были обнаружены на наибольшей луне Сатурна, Титане.

Эти облака дают команде понять, как Kepler-51 b и 51 d противопоставляются другим планетам с низкой массой и богатыми на газ вне нашей Солнечной системы. Сравнивая плоские спектры сверх-пухлых со спектрами других планет, команда смогла подтвердить гипотезу о том, что образование облака/дымки связано с температурой планеты - чем прохладнее планета, тем более облачной она становится.

Команда также рассмотрела возможность того, что эти планеты вообще не сверх-пухлые. Гравитационное притяжение между планетами создает незначительные изменения в их орбитальных периодах, и из этих временных эффектов можно получить планетарные массы. Комбинируя полученные изменения во времени, когда планета проходит перед своей звездой (событие, которое называется транзитом), с теми транзитами, которые наблюдались космическим телескопом Кеплера, команда точнее ограничила значения планетарных масс и динамики системы. Их результаты согласовывались с ранее измеренными для Kepler-51 b. Однако они обнаружили, что планета Kepler-51 d чуть менее массивная (или еще более пухлая), чем считалось ранее.

В конце концов, команда пришла к выводу, что низкая плотность этих планет частично является следствием молодого возраста системы - всего лишь 500 миллионов лет, по сравнению с нашим 4,6-миллиардно-летним Солнцем. Модели предполагают, что такие планеты образуются вне зоны "снеговой линии" - области возможных орбит, где могут выжить ледяные материалы. Затем планеты мигрировали внутрь, одна за другой.

Теперь, когда планеты находятся значительно ближе к звезде, их атмосферы с низкой плотности должны испаряться в космос в течение следующих нескольких миллиардов лет. Используя модели планетарной эволюции, команда смогла показать, что Kepler-51 b, ближайшая к звезде планета, однажды (через миллиард лет) будет выглядеть как уменьшенная и более горячее версия Нептуна - типа планеты, который является довольно распространенным по всему Млечному Пути. Однако, похоже, что Kepler-51 d, которая находится дальше от звезды, будет в дальнейшем оставаться планетой с низкой плотностью, хотя она и уменьшится, и потеряет небольшое количество атмосферы. "Эта система предлагает уникальную лабораторию для проверки теорий ранней эволюции планет", - сказал Зак Берта-Томпсон из Университета Колорадо, Боулдер.

Хорошая новость заключается в том, что не все еще потеряно для определения атмосферного состава этих двух планет. Будущий космический телескоп Джеймса Вебба от НАСА, благодаря его чувствительности к большим длинам инфракрасных волн, возможно, сможет заглянуть сквозь слои облаков. Будущие наблюдения с помощью этого телескопа смогут дать понять, с чего на самом деле сделаны эти "сахарно-ватные" планеты. До тех пор эти планеты будут оставаться сладкой тайной.

Иллюстрация в начале статьи: NASA, ESA, and L. Hustak and J. Olmsted (STScI)

Читайте еще интересные новости о космосе.