Планеты из «сахарной ваты»

Таинственные планеты с супер паффовым слоем иногда называют «планетами из сахарной ваты», так как они обладают плотностью, как сахарная вата. Новые данные, полученные с космического телескопа Хаббла (HST) НАСА, предоставили первые ценные ключи к разгадке химического состава пары этих пухлых планет, которые обе находятся в системе Кеплер 51. Эта конкретная экзопланетная система на самом деле содержит три суперпуфа на орбите молодой звезды, похожей на Солнце. Сама система была обнаружена космическим телескопом Кеплера НАСА в 2012 году. Однако, к большому удивлению многих ученых-планетологов, только в 2014 году была определена чрезвычайно низкая плотность этих экзотических миров «сахарной ваты».

Недавние наблюдения HST позволили группе астрономов более точно оценить размеры и массы этих планет, подтвердив их «пухлость» с чрезвычайно низкой плотностью. Несмотря на то, что эти странные миры «сахарной ваты» не более чем в несколько раз больше массы нашей планеты, их водородная и гелиевая атмосферы настолько раздуты, что они почти размером с полосатый гигант Юпитер в нашей Солнечной системе. Хотя эти пухлые планеты по размеру почти с Юпитер, они примерно в сто раз легче по массе.

Как и почему атмосфера этих экзотических планет расширялась наружу, неизвестно. Однако их надутая атмосфера сделала их особенно интересными объектами для дальнейших атмосферных исследований. Используя HST , команда астрономов отправилась на поиски новых открытий. Особенно их интересовали поиски воды в атмосферах планет, получивших название Kepler 51 b и 51 d . HST наблюдал за планетами, когда они проходили перед сверкающим лицом их звезды-родителя. Ученые стремились определить инфракрасный цвет закатов, тем самым определяя количество света, поглощаемого атмосферой в инфракрасном свете. Этот тип наблюдений позволяет ученым-планетологам искать признаки химических компонентов планеты, таких как вода.

В HST астрономы были удивлены, обнаружив, что спектры обеих планет не подтвердили данную гипотезу. Ученые объяснили этот результат облаками частиц, плавающими высоко в их атмосфере. «Это было совершенно неожиданно. Мы планировали наблюдать крупные объекты водопоглощения, но их там просто не было. Мы были в растерянности», — прокомментировала д-р Джессика Либби-Робертс из Университета Колорадо в Боулдере в пресс-релизе обсерватории Хаббла в декабре 2019 года.

В отличие от собственных водяных облаков Земли, облака планет-«сахарной ваты» могут состоять из кристаллов соли или фотохимических туманов, подобных тем, которые встречаются на самом большом спутнике Сатурна, Титане. Поверхность Титана покрыта густым золотисто-оранжевым углеводородным смогом.

Облака, принадлежащие как Kepler 51 b, так и 51 d, накладываются на другие маломассивные газообразные планеты, расположенные за пределами нашей Солнечной системы. Сравнивая спектры планет «сахарной ваты» со спектрами других планет, астрономы смогли выдвинуть гипотезу, предполагающую, что образование облаков и дымки связано с температурой планеты — чем холоднее планета, тем она становится мутнее.

Астрономы также исследовали возможность того, что эти планеты на самом деле вовсе не были супер-затяжками . Гравитационное притяжение планет вызывает небольшие изменения в их орбитальных периодах. В результате этих временных эффектов можно определить планетарные массы. Объединив вариации времени, когда планета плавает перед огненным ликом своей родительской звезды (транзит), с транзитами, наблюдаемыми космическим телескопом Кеплера, ученые смогли лучше ограничить планетарные массы и динамику система. Их результаты согласуются с ранее измеренными для Kepler 51 b. Однако они обнаружили, что Kepler 51 d была немного менее массивной (или планета была даже более пухлой), чем предполагалось ранее.

Наконец, команда пришла к выводу, что низкая плотность этих планет отчасти является результатом молодого возраста системы, которой всего 500 миллионов лет. Для сравнения, наше собственное Солнце родилось 4,6 миллиарда лет назад. . Модели показывают, что эти планеты «сахарной ваты» образовались за пределами того, что называется снежной линией звезды . Снежная линия звезды — это область возможных орбит, на которой могут выжить ледяные материалы. Планеты этой молодой системы в конечном итоге мигрировали внутрь к своей звездной прародительнице способом, который можно сравнить с «вереницей железнодорожных вагонов».

Поскольку планеты теперь намного ближе к своей звезде, их атмосферы с низкой плотностью должны испариться в космос в течение следующих нескольких миллиардов лет. Используя модели планетарной эволюции, группа астрономов продемонстрировала, что Kepler 51 b — планета, ближайшая к своей звезде, — через миллиард лет или около того будет очень похожа на уменьшенную и более горячую версию Нептуна в нашей Солнечной системе. Этот особый тип экзопланет довольно распространен по всей нашей Галактике Млечный Путь. Однако оказывается, что Kepler 51 d, который находится дальше от своей родительской звезды, по-прежнему будет странным миром с низкой плотностью — даже при том, что он одновременно сжимается и теряет небольшое количество своей пухлой атмосферы. «Эта система представляет собой уникальную лабораторию для проверки теорий ранней эволюции планет», — прокомментировал доктор Зак Берта-Томпсон из Университета Колорадо в Боулдере в декабрьском пресс-релизе обсерватории Хаббла.

Астрономы смогут, наконец, определить состав атмосферы этой пары пухлых планет с помощью будущего космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) НАСА . JWST будет иметь чувствительность к более длинным инфракрасным длинам волн света и, возможно, сможет проникать сквозь слои облаков. Будущие наблюдения с помощью этого телескопа могут пролить новый свет на то, из чего на самом деле состоят эти пухлые чудаки, и тем самым разрешат интригующую загадку.

Джудит Э. Браффман-Миллер