Ekstrasolaaristen planeettojen tutkimus on todella räjähtää viime vuosina. Tällä hetkellä tähtitieteilijät ovat voineet vahvistaa 4 104 planeetan olemassaolon aurinkokunnan ulkopuolella, ja toinen 4900 odottaa vahvistusta. Näiden monien planeettojen tutkimus on paljastanut asioita mahdollisista planeetoista maailmankaikkeudessamme ja opettanut meille, että aurinkojärjestelmässämme on monia, joille ei ole analogia.
Esimerkiksi Hubble-avaruuskaukoputki, tähtitieteilijät ovat oppineet lisää uudesta eksoplaneettojen luokasta, joka tunnetaan nimellä “superpuff”-planeetat. Tämän luokan planeetat ovat pohjimmiltaan nuoria kaasujätteitä, jotka ovat kooltaan verrattavissa Jupiteriin, mutta joiden massat ovat vain muutaman kerran suuremmat kuin maan. Tämä johtaa siihen, että heidän ilmapiirissään on puuvillakarkkien tiheys, joten ihana lempinimi!
Ainoat tunnetut esimerkit tästä planeetasta sijaitsevat Kepler 51 -järjestelmässä, joka on nuori aurinkoa muistuttava tähti, joka sijaitsee noin 2615 valovuoden päässä Cygnus-tähdistössä. Tässä järjestelmässä on vahvistettu kolme eksoplaneettaa (Kepler-51 b, c ja d), jotka Keplerin avaruusteleskooppi vuonna 2012. Näiden planeettojen tiheydet kuitenkin vahvistettiin vasta vuonna 2014, ja se tuli melko yllättävänä.
Vaikka näillä kaasu jättiläisillä on ilmakehää, joka koostuu vedystä ja heliumista ja jotka ovat suunnilleen samankokoiset kuin Jupiter, ne ovat myös noin sata kertaa kevyempiä massan suhteen. Kuinka ja miksi heidän ilmakehänsa palloisivat niin kuin ne tekevät, on edelleen mysteeri, mutta tosiasia on, että heidän ilmakehänsä luonne tekee superpuhkeaista planeetasta ensisijaisen ehdokkaan ilmakehän analysoinnille.
Juuri tämän pyrkii kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä, jota johti Jessica Libby-Roberts Coloradon yliopiston Boulderin yliopiston astrofysiikan ja avaruusastronomian keskuksesta (CASA). Tietojen käyttäminen Hubble, Libby-Roberts ja hänen tiiminsä analysoivat Kepler-51 b- ja d-ilmapiireistä saadut spektrit nähdäkseen, mitkä komponentit (mukaan lukien vesi) olivat siellä.
Kun nämä planeetat kulkivat tähtensä edessä, ilmakehänsä absorboimaa valoa tutkittiin infrapuna-aallonpituudella. Joukkueen yllätykseksi he havaitsivat, että molempien planeettojen spektrillä ei ollut ilmaisimen kemiallisia allekirjoituksia. Tämän he katsoivat johtuvan suolakiteiden pilvistä tai valokemiallisesta sameudesta ilmakehässään.
Sellaisenaan ryhmä luotti tietokonesimulaatioihin ja muihin työkaluihin teorioidakseen, että Kepler-51-planeetat ovat enimmäkseen vetyä ja heliumia massana, jonka peittää paksu metaanin muodostama utu. Tämä on samanlainen kuin mitä tapahtuu Titanin ilmakehässä (Saturnuksen suurin kuu), jossa pääosin typpiatmosfäärissä on metaanikaasupilviä, jotka peittävät pinnan.
"Tämä oli täysin odottamatonta", sanoi Libby-Roberts. ”Olimme suunnitelleet tarkkailla suuria veden imeytymisominaisuuksia, mutta niitä ei vain ollut siellä. Olimme pilvinen! ” Nämä pilvet tarjosivat kuitenkin joukkueelle arvokkaan käsityksen siitä, kuinka Kepler-51 b ja d verrataan muihin tähtitieteilijöiden havaitsemiin pienimassan, kaasurikkaisiin eksoplaneetoihin. Kuten Libby-Roberts selitti CU Boulderin lehdistötiedotteessa:
”Tiesimme, että ne olivat pienitiheyksisiä. Mutta kun kuvaa Jupiterin kokoinen puuvillapallo pallo - se on todella alhainen tiheys ... Se ehdottomasti lähetti meille sekoittamaan keksimään mitä täällä voisi tapahtua. Odotimme löytävänsä vettä, mutta emme voineet havaita minkään molekyylin allekirjoituksia. "
Ryhmä pystyi myös rajoittamaan paremmin näiden planeettojen kokoa ja massaa mittaamalla niiden ajoitusvaikutukset. Kaikissa järjestelmissä planeetan kiertoradalla tapahtuu pieniä muutoksia johtuen niiden painovoimavetosta, jota voidaan käyttää planeetan massan laskemiseen. Ryhmän tulokset olivat yhtä mieltä Kepler-51 b: n aikaisempien arvioiden kanssa, kun taas Kepler-51 d: n arviot osoittivat, että se on hiukan vähemmän massiivinen (alias. Puffier) kuin aiemmin ajateltiin.
Ryhmä vertasi myös kahden superpuhelun spektriä muiden planeettojen spektriin ja sai tuloksia, jotka osoittivat, että pilvien / sameuden muodostuminen on yhteydessä planeetan lämpötilaan. Tämä tukee hypoteesia, jonka mukaan mitä viileämpi planeetta on, sitä pilvempi se tulee olemaan, mitä tähtitieteilijät ovat pohtineet viimeaikaisten eksoplaneettojen löytöjen ansiosta.
Viimeisenä, mutta ei vähäisimpänä, joukkue havaitsi, että sekä Kepler-51 b että d näyttävät menettävän kaasua nopeasti. Itse asiassa ryhmä arvioi, että entinen planeetta (joka on lähinnä sen vanhempaa tähtiä) kaataa kymmeniä miljardeja tonneja materiaalia avaruuteen joka toinen. Jos tämä suuntaus jatkuu, planeetat kutistuvat huomattavasti seuraavan muutaman miljardin vuoden aikana ja niistä voi tulla mini-Neptunes.
Tässä suhteessa tämä viittaa siihen, että eksoplaneetit eivät ole lopultakaan niin harvinaisia, jolloin mini-Neptunes näyttää olevan hyvin yleinen. Se ehdottaa myös, että superpuhkea planeettojen alhaiset tiheydet johtuvat järjestelmän ikästä. Kun aurinkokunta on noin 4,6 miljardia vuotta vanha, Kepler-51 on ollut käytössä vain 500 miljoonaa vuotta.
Ryhmän käyttämät planeettamallit osoittavat, että planeetat, jotka todennäköisesti muodostuivat Kepler-51s Frost Line -rajan yli - rajaan, jonka yli haihtuvat elementit jäätyvät - siirtyivät sitten sisäänpäin. Sen sijaan, että olisivat parittomia planeettoja, Kepler-51 b ja d voivat olla ensimmäisiä esimerkkejä, joita tähtitieteilijät ovat nähneet yhdestä yleisimmistä planeetatyypeistä universumissamme kehitysvaiheessa.
Kuten Zach Berta-Thompson (APS: n apulaisprofessori ja uuden tutkimuksen tekijä) selitti, tämä tekee Kepler-51: stä “ainutlaatuisen laboratorion”, jolla testataan varhaisen planeetan evoluution teorioita:
”Tämä on äärimmäinen esimerkki siitä, mitä on niin hienoa eksoplaneetoissa yleensä. Ne antavat meille mahdollisuuden tutkia maailmoja, jotka ovat hyvin erilaisia kuin meidän, mutta he myös sijoittavat omassa aurinkokunnassamme olevat planeetat laajempaan kontekstiin. "
Tulevaisuudessa seuraavan sukupolven välineiden käyttöönotto James Webbin avaruuskaukoputki (JWST) auttaa tähtitieteilijöitä tutkimaan Kepler-51-planeettojen ilmapiiriä ja muita superpuhujaa. JWST: n herkkyyden vuoksi pidemmille infrapuna-aallonpituuksille voimme ehkä vielä tarkastella niiden tiheitä pilviä läpi ja päättää, mistä nämä "puuvilla-karkkiplaneetit" tosiasiallisesti koostuvat.
Se on myös toinen höyhen koristeltu korkki Hubblen joka on ollut toiminnassa jatkuvasti noin 30 vuotta (toukokuusta 1990 lähtien) ja valaisee edelleen kosmisia mysteereitä! On vain sopivaa, että se tekee edelleen löytöjä, joita pian tutkitaan edelleen James Webb, sen henkinen seuraaja.
Ryhmän tutkimusta kuvaava tutkimus ilmestyi äskettäin verkossa ja ilmestyy The Astrophysical Journal.
