Super-rozdęte planety to nowa, unikalna i rzadka klasa młodych egzoplanet o gęstości waty cukrowej. Takiej planety nie ma w naszym Układzie Słonecznym.
Nowe dane z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a dostarczają nam nowych wskazówek co do składu chemicznego dwóch takich planet w układzie Kepler 51. Ten układ planetarny, w którym znajdują się trzy super-rozdęte planety krążące wokół młodej gwiazdy podobnej do Słońca, został odkryty przez Kosmiczny Teleskop Kepler w 2012 roku. Jednak dopiero w 2014 roku naukowcy poznali ich niezwykle niską gęstość.
Najnowsze obserwacje przeprowadzone za pomocą Hubble’a pozwoliły astronomom doprecyzować szacunkową masę i rozmiary tych planet – niezależnie potwierdzające ich „rozdętą” naturę. Choć ich masy nie przekraczają kilku mas Ziemi, to ich wodorowo-helowe atmosfery rozdęte są do rozmiarów Jowisza. Innymi słowy, planety te mogą wydawać się tak wielkie jak Jowisz, ale są około sto razy mniejsze od niego pod względem masy.
Jak i dlaczego ich atmosfery tak się rozdęły, na razie nie wiadomo. Niemniej jednak ich super-rozdęta natura sprawia, że są one idealnymi celami dla badaczy atmosfer. Korzystając z Hubble’a badacze poszukiwali dowodów na obecność różnych związków chemicznych, szczególnie wody, w atmosferach planet Kepler-51 b oraz 51 d. Hubble obserwował te planety podczas tranzytu na tle ich gwiazdy macierzystej, starając się obserwować w podczerwieni zachody słońca na ich powierzchni. W ten sposób naukowcy oszacowali ilość promieniowania pochłoniętego przez atmosferę w podczerwieni. W ten sposób badacze mogli dostrzec sygnały poszczególnych związków chemicznych tworzących atmosferę.
Ku zaskoczeniu badaczy z zespołu Hubble’a, okazało się, że żadna z tych dwóch planet nie ma charakterystycznych śladów chemicznych. Badacze sądzą, że odpowiedzialne za to są obłoki cząstek wysoko w atmosferach obu planet. „Zupełnie się tego nie spodziewaliśmy” mówi Jessica Libby-Roberts z University of Colorado w Boulder. „Spodziewaliśmy się silnej absorpcji w liniach wody, ale ich tam nie było. Skryły się za chmurami”. Niemniej jednak, w przeciwieństwie do znanych z Ziemi chmur wodnych, chmury na tych planetach mogą składać się z kryształków soli lub mgieł fotochemicznych, takich jak na Tytanie, największym księżycu Saturna.
Te obłoki dostarczyły naukowcom wglądu w to jak Kepler-51 b oraz 51 d pasują do innych mało-masywnych , bogatych w gaz planet poza układem słonecznym. Porównując widma super-rozdętych planet z innymi planetami, badacze byli w stanie znaleźć potwierdzenie dla hipotezy mówiącej, że powstawanie chmur/mgieł związane jest z temperaturą planety – im chłodniejsza planeta, tym bardziej zachmurzona.
Badacze rozważali także możliwość, że badane planety wcale nie są super-rozdęte. Przyciąganie grawitacyjne między planetami powoduje delikatne zmiany ich okresów orbitalnych i na ich podstawie można oszacować masy planet. Łącząc zmienność tych okresów z tranzytami obserwowanymi za pomocą Keplera, badacze nałożyli dokładniejsze ograniczenia na masy planet i dynamikę układu. Wyniki badań zgadzały się z wcześniejszymi pomiarami dla planety Kepler-51 b. Okazało się natomiast, że Kepler-51 s jest nieco mniej masywna (albo jeszcze bardziej rozdęta) niż zakładano wcześniej.
Ostatecznie badacze doszli do wniosku, że niskie gęstości tych planet po części są skutkiem młodego wieku układu, zaledwie 500 milionów lat (w przeciwieństwie do 4,6 miliarda lat dla Układu Słonecznego). Modele wskazują, że owe planety powstały poza „linią śniegu” swojej gwiazdy macierzystej, w regionie, w którym materia lodowa może przetrwać. Dopiero potem wszystkie planety zbliżyły się spiralnie do swojej gwiazdy.
Teraz, gdy planety znajdują się znacznie bliżej swojej gwiazdy macierzystej, ich rzadkie atmosfery mogą zostać wywiane w przestrzeń kosmiczną w ciągu kilku kolejnych miliardów lat. Wykorzystując modele ewolucji planet, badacze byli w stanie wykazać, że Kepler-51 b, planeta znajdująca się najbliżej gwiazdy, pewnego dnia (za kilka miliardów lat) będzie przypominała mniejszą i gorętszą wersję Neptuna. Mimo to, Kepler-51 d znajdująca się dalej od gwiazdy, pozostanie nietypową planetą, choć zmniejszy swoje rozmiary i utraci niewielką część swojej atmosfery. „Ten układ planetarny stanowi unikalne laboratorium do testowania teorii wczesnej ewolucji planet” mówi Zach Berta-Thompson z University of Colorado w Boulder.
Dobra informacja jest taka, że nie wszystko stracone i wciąż mamy możliwość określenia składu chemicznego atmosfer tych dwóch planet. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, który będzie obserwował niebo na dłuższych falach podczerwonych, będzie w stanie zajrzeć pod pokrywę chmur na obu planetach. Przyszłe obserwacje za pomocą tego teleskopu powinny dostarczyć nam informacji o tym z czego składają się takie rozdęte planety. Do tego czasu pozostaną one jednak słodką tajemnicą.
Źródło: NASA