Планети як цукрова вата

Виявлені планети в зоряній системі за 2600 світлових років від нас мають настільки низьку щільність, що відносить їх до класу молодих екзопланет "Над-пухкі".

Нові дані космічного телескопа Хаббла надали перші підказки щодо хімічного складу двох над-пухких планет, що знаходяться в системі Kepler 51, розповідають в ЄКА.

Ця екзопланетна система, яка насправді може похвалитися трьома над-пухкими планетами, що обертаються навколо юної зірки, подібної Сонцю, була виявлена космічним телескопом Кеплера у 2012 році. Однак, лише у 2014 році було визначено низьку щільність цих планет, що здивувало багатьох.

Нещодавні спостереження Хаббла дозволили команді астрономів уточнити значення маси та розміру для цих світів, незалежно підтвердивши їх "пухку" природу. Хоча їх маса не більше ніж у кілька разів перевищує масу Землі, їх атмосфери з водню/гелію настільки роздуті, що розміром вони майже як Юпітер. Іншими словами, ці планети можуть виглядати такими ж великими і об'ємними, як Юпітер, але приблизно в сто разів легші за масою.

Залишається невідомим, як і чому їхні атмосфери роздуті, але першочерговим ця особливість робить дослідження атмосфер. Використовуючи Хаббл, команда шукала докази наявності компонентів, зокрема води, в атмосфері планет, званих Kepler-51 b та 51 d. Хаббл спостерігав за планетами, коли вони проходили перед своєю зіркою, з метою побачити інфрачервоний колір їхніх заходів. Астрономи визначили кількість світла, поглиненого атмосферою в інфрачервоному світлі. Цей тип спостережень дозволяє вченим виявляти характерні ознаки хімічних складових планети, таких як вода.

Команда Хаббла з подивом виявила, що спектри обох планет не мають жодних явних хімічних сигнатур. Вони пов'язують цей результат із хмарами частинок високо в атмосфері. "Це було зовсім несподівано, - сказала Джессіка Ліббі-Робертс з Університету Колорадо, Боулдер, - Ми планували побачити ознаки масштабного водопоглинання, але їх просто не було. Нас затуманили!" Однак, на відміну від водяних хмар на Землі, хмари на цих планетах можуть складатися з кристалів солі або фотохімічних серпанків, подібних тим, що були виявлені на найбільшому місяці Сатурна, Титані.

Ці хмари дають команді зрозуміти, як Kepler-51 b і 51 d протиставляються іншим планетам з низькою масою і багатими на газ поза нашою Сонячною системою. Порівнюючи плоскі спектри над-пухких зі спектрами інших планет, команда змогла підтвердити гіпотезу про те, що утворення хмари/серпанку пов'язане з температурою планети - чим прохолодніша планета, тим більш хмарною вона стає.

Команда також розглянула можливість того, що ці планети взагалі не над-пухкі. Гравітаційне тяжіння між планетами створює незначні зміни в їх орбітальних періодах, і з цих часових ефектів можна отримати планетарні маси. Комбінуючи отримані зміни в часі, коли планета проходить перед своєю зіркою (подія, яка називається транзитом), з тими транзитами, які спостерігалися космічним телескопом Кеплера, команда точніше обмежила значення планетарних мас та динаміки системи. Їх результати узгоджувалися з попередньо виміряними для Kepler-51 b. Однак вони виявили, що планета Kepler-51 d трохи менш масивна (або ще більш пухка), ніж вважалося раніше.

Зрештою, команда дійшла висновку, що низька щільність цих планет частково є наслідком молодого віку системи - всього лише 500 мільйонів років, порівняно з нашим 4,6-мільярдно-річним Сонцем. Моделі припускають, що такі планети утворюються поза зоною "снігової лінії" - області можливих орбіт, де можуть вижити крижані матеріали. Потім планети мігрували всередину, одна за одною.

Тепер, коли планети знаходяться значно ближче до зірки, їх атмосфери з низькою щільностю повинні випаровуватися в космос протягом наступних кількох мільярдів років. Використовуючи моделі планетарної еволюції, команда змогла показати, що Kepler-51 b, найближча до зірки планета, одного дня (через мільярд років) буде виглядати як зменшена й гарячіша версія Нептуна - типу планети, який є досить поширеним по всьому Чумацькому Шляху. Однак, схоже, що Kepler-51 d, яка знаходиться далі від зірки, буде надалі залишатися планетою з низькою щільністю, хоча вона і зменшиться, і втратить невелику кількість атмосфери. "Ця система пропонує унікальну лабораторію для перевірки теорій ранньої еволюції планет", - сказав Зак Берта-Томпсон з Університету Колорадо, Боулдер.

Хороша новина полягає в тому, що не все ще втрачено для визначення атмосферного складу цих двох планет. Майбутній космічний телескоп Джеймса Вебба від НАСА, завдяки його чутливості до більших довжин інфрачервоних хвиль, можливо, зможе зазирнути крізь шари хмар. Майбутні спостереження за допомогою цього телескопа зможуть дати зрозуміти, з чого насправді зроблені ці "цукрово-ватні" планети. До тих пір ці планети залишатимуться солодкою таємницею.

Ілюстрація на початку статті: NASA, ESA, and L. Hustak and J. Olmsted (STScI)

Читайте ще цікаві новини про космос.