Taiteilijan kuva eksoplaneetasta, jossa on pullistunut ilmapiiri.
(Kuva: © NASA)
Osoittautuu, että eksoplaneetat voivat olla yhtä suloisia kuin matka valtionmessuille: Kahdessa NASA: n Kepler-avaruusteleskoopin löytämässä maailmassa on suunnilleen sama tiheys kuin puuvillasarjan pakkauksessa. Nämä kaksi planeettaa, jotka kiertävät vain noin 500 miljoonan vuoden ikäistä nuorta tähteä, ovat vastasyntyneitä maailmoja, jotka ovat lähes yhtä leveitä kuin kaasu jättiläiset, vaikka niiden paino on alle kymmenen kertaa maan massa.
NASA: n Hubble-avaruuskaukoputken avulla tutkijat tekivät seurantatutkimuksia kahdelle "herkulliselle" maailmalle, jotka tunnetaan nimellä Kepler-51b ja Kepler-51d. He havaitsivat, että maailmojen paisunut ilmapiiri sisälsi todennäköisesti sameuden, joka ulottui korkealle pinnan yläpuolelle. Maailman laajentunut ilmapiiri asetti heidät harvinaiseen eksoplaneettojen luokkaan, superpuffiin.
"Nämä ovat tähän mennessä pienin tiheys eksoplaneettoja", Jessica Roberts sanoi viime kuussa. Hän esitteli alustavat tulokset American Astronomical Society -järjestön 232. puolivuotiskokouksessa Denverissä. Coloradon yliopiston Boulder-yliopiston jatko-opiskelija Roberts auttoi tarkistamaan maapallon vertailun planeetoihin. Hän löysi epätavallisen analogin superpuhveille - makea herkku. [Vuoden 2017 mielenkiintoisimmat ulkomaalaisten planeettatutkimukset]
"Haluan sinun kuvaavan jättiläisiä planeettoja, jotka on tehty puuvillasukista", hän sanoi.
"Todella pörröiset titanit"
Vuonna 2011 Kepler huomasi matalan tiheyden maailman kiertävän nuoren tähden Kepler 51: tä; myöhemmät tutkimukset vahvistivat, että planeetalla oli kaksi sisarusta. Kaikilla kolmella planeetalla on pullistunut ilmapiiri, ja alustavat havainnot viittasivat niiden pieniin tiheyksiin.
Superpuhvat kiinnittivät Robertsin Boulderin tohtorineuvos Zachory Berta-Thompsonin huomion, joka epäili, että turvonneet ilmakehät olisivat helpompi tutkia kuin muiden maailmojen ympärillä olevat vakaisemmat ilmakehät. Yhdessä useiden kollegoiden kanssa tutkijat käyttivät Hubblea koettamaan 51b ja 51d ilmakehän kemiaa, kun pari kulki kahdesti tähden ja maan välillä. Kolmas maailma, 51c, vain leikkautti järjestelmän auringon reunan pitäen ilmakehän piilossa, joten se ei ollut osa uutta tutkimusta.
Tutkijat havaitsivat, että molemmat planeetat tuottivat signaalin, joka viittaa siihen, että pienet hiukkaset, nimeltään aerosolit, hallitsivat ilmakehää. Nämä aerosolit voisivat luoda massiiviset pilvipankit, tai ne voisivat olla merkki planeettaa ympäröivästä utusta.
"Paras arvauksemme on, että emme ole tekemisissä jonkin tyyppisen pilvien tiivistymisen kanssa", Roberts sanoi. "Se mitä todennäköisesti käsittelemme on jonkinlainen valokemiallinen utu, jota emme vain tiedä mistä se on tehty."
Aurinkojärjestelmässä Saturnuksen suurin kuu, Titan, on ainoa, jota hallitsee hiilivedyistä, todennäköisimmin metaanista ja etaanista valmistettu sameuskerros. Massiivinen kuu saattaa antaa käsityksen superpuhveista, jotka saattavat kantaa laajennetun version utusta.
"Saatamme tarkastella todella pörröisiä titaaneja", Roberts sanoi. [Twilight Haze paistaa Saturnuksen Big Moon Titanin yli upeassa Cassinissa]
Puuvilla-karkkiplaneettoja
Maapallon tiheyden laskeminen vaatii paluun lukion fysiikkaan. Kohteen tiheys on sen massa jaettuna sen tilavuudella; tilavuus määritetään sen säteen perusteella. Hubblen tarkat mittaukset auttoivat tutkijoita rajoittamaan eksoplaneettojen massaa paremmin. Tutkijoidensa säteen ja siten tilavuuden löytämiseksi vertaa planeetan kokoa tähtiinsa. Uudelleen tutkimalla tähtiä tiedettyä Roberts ja hänen kollegansa pystyivät määrittämään tarkemman säteen.
Kepler-51b: n massa on noin kaksi kertaa maapallon massa ja säde noin seitsemän kertaa suurempi, ja se kiertää tähtiään 45 päivän välein. Kepler-51d on 130 päivän kiertoradallaan hiukan suurempi, noin 7,5 kertaa yhtä massiivinen kuin Maa, ja sen säde on lähes kymmenen kertaa planeettamme säteitä suurempi. Kolmas sisar, Kepler-51c, kestää 85 päivää matkustaakseen tähtien ympäri ja sillä on noin neljä kertaa maan säde.
Yhdistämällä päivitetyn massan tarkistettuun säteeseen tutkijat voivat laskea, että planeettojen tiheydet vaihtelivat 0,03 grammasta - 0,06 grammaan kuutiometriä kohti. Se on kymmenesosa niin tiheä kuin Saturnus, aurinkokunnan vähiten tiheä planeetta, ja se, joka kelluisi vedessä, jos löydät kylpyammeen, joka on tarpeeksi suuri.
Selvittäminen, mitä tämä tarkoittaa todellisessa maailmassa, vie hieman enemmän työtä, mutta Roberts oli päättäväinen.
Hänen ensimmäinen ajatuksensa oli vaahtokarkkeja. Hän sulatti erän mikroaaltouunissa, mutta havaitsi, että valkoiset herkut olivat edelleen liian tiheitä.
"Se oli vain kamala sotku", hän kertoi Space.comille.
Puuvillakarkkien vähennyksiä varten hän suuntasi ruokakauppaan ja osti puuvillakarkkeja sisältäviä astioita. Juuri kehrätty materiaali ei ollut tarpeeksi tiheää, mutta hän toivoi, että valmiiksi pakatut kylpytynnyrit toimivat. Hän mittasi säiliön tilavuuden ja punnitsi materiaalin sen tiheyden laskemiseksi, mikä oli läheinen ottelu superpuhveille.
"Ostin niin monia näistä ammeista. [Kassa] oli kuin, sinun on oltava puuvillatuuletin", Roberts sanoi.
"Olin kuin, se on tiedettä varten."
Nuoret planeetat
Miksi nämä maailmat ovat niin tiheitä? Robertsin mielestä heidän nuoruutensa voi olla avainasemassa. Planeetat muodostuvat pölyn ja kivien törmääessä rakentamaan maailmaa. Kun kivinen ydin on riittävän massiivinen, sen painovoima vetää kevyemmän kaasun ilmakehän luomiseksi.
Mallien mukaan kolme superpuhdetta muodostuivat järjestelmänsä lumen linjan ulkopuolelle, näkymättömään rajaan keskitähteiden ympärillä, missä kaasu on tarpeeksi kylmää tiivistyäkseen jääksi. Sitten planeetat muuttivat sisäänpäin saavuttaen nykyiset kiertoradallaan. Kun he siirtyivät lähemmäksi lämpimää tähteä, heidän jäänsä sulattivat ja muodostivat kaasumaisen ilmapiirin, joka alkaa pullistumaan.
Vaikka planeetat alkavat lämpimästi niitä muodostaneista törmäyksistä, ne jäähtyvät ajan myötä aiheuttaen materiaalin supistumisen. Samaan aikaan tähtituulet poistavat osan ilmapiiristä. Robertsin mukaan mallit viittaavat siihen, että seuraavan viiden miljardin vuoden aikana, kun se on hiukan vanhempi kuin Maa on, 51b näyttää enemmän tyypilliseltä Neptunuksen planeetalta. Koska se on kauempana tähtiä, hän sanoi, että "51d on todennäköisesti vähän outo pallo, koska sen ilmakehässä ei ole niin suurta määrää."
"Muutaman miljardin vuoden kuluttua näemme nämä planeetat pienemmät kuin nykyään", Roberts sanoi.
Jos pystyisit seisomaan yhdellä superpuhveista (olettaen, että sillä on kivinen pinta), ilmakehän paine olisi todennäköisesti murskaavan korkea, Roberts sanoi. Sinun olisi parempi kellua korkeammalla ilmakehässä, missä paine olisi alhaisempi, hän lisäsi.
Hän sanoi, että varhain elinaikanaan ylpeili omalla paisuneella ilmakehällään, vaikka se todennäköisesti menetti sen hyvin nopeasti.
Tutkijat aikovat lähettää tutkimuksensa julkaistavaksi myöhemmin kesällä.
Nyt tarvitsemme vain makeita maailmoja urheilemaan puuvilla-karkkivärejä, kuten sininen, vaaleanpunainen, violetti tai vihreä!
