Den här illustrationen föreställer den solliknande stjärnan Kepler 51 och tre jätteplaneter som NASA:s rymdteleskop Kepler upptäckte 2012–2014. Dessa planeter är alla ungefär lika stora som Jupiter men en liten bråkdel av dess massa. Detta betyder att planeterna har en utomordentligt låg densitet, mer som frigolit snarare än sten eller vatten, baserat på nya observationer från Hubble Space Telescope. Planeterna kan ha bildats mycket längre från sin stjärna och vandrat inåt. Nu blöder deras uppblåsta väte/heliumatmosfärer ut i rymden. Så småningom, mycket mindre planeter kan lämnas kvar. Bakgrundsstjärnfältet är korrekt ritat som det skulle se ut om vi tittade tillbaka mot vår sol från Kepler 51:s avstånd på cirka 2, 600 ljusår, längs vår galaxs Orion spiralarm. Dock, solen är för svag för att ses i denna simulerade vy med blotta ögat. Kredit:NASA, ESA, och L. Hustak, J. Olmsted, D. Player och F. Summers (STScI)
"Super-Puffs" kan låta som ett nytt frukostflingor. Men det är faktiskt smeknamnet för en unik och sällsynt klass av unga exoplaneter som har densiteten av sockervadd. Inget liknande dem finns i vårt solsystem.
Nya data från NASA:s rymdteleskop Hubble har gett de första ledtrådarna till kemin hos två av dessa superuppsvällda planeter, som finns i Kepler 51-systemet. Detta exoplanetsystem, som faktiskt har tre superbloss som kretsar kring en ung solliknande stjärna, upptäcktes av NASA:s rymdteleskop Kepler 2012. det var inte förrän 2014 när de låga tätheterna för dessa planeter bestämdes, till mångas förvåning.
De senaste Hubble-observationerna gjorde det möjligt för ett team av astronomer att förfina massa- och storleksuppskattningarna för dessa världar – oberoende bekräftar deras "svulstiga" natur. Även om inte mer än flera gånger jordens massa, deras väte/heliumatmosfär är så uppsvälld att de nästan är lika stora som Jupiter. Med andra ord, dessa planeter kan se lika stora och skrymmande ut som Jupiter, men är ungefär hundra gånger lättare vad gäller massa.
Hur och varför deras atmosfär ballonger utåt är fortfarande okänt, men denna funktion gör super-puffar till främsta mål för atmosfärisk undersökning. Använder Hubble, teamet letade efter bevis på komponenter, framför allt vatten, i planeternas atmosfärer, kallad Kepler-51 b och 51 d. Hubble observerade planeterna när de passerade framför sin stjärna, som syftar till att observera den infraröda färgen på deras solnedgångar. Astronomer härledde mängden ljus som absorberades av atmosfären i infrarött ljus. Denna typ av observationer gör det möjligt för forskare att leta efter de tydliga tecknen på planeternas kemiska beståndsdelar, såsom vatten.
Till Hubble-teamets förvåning, de fann att spektra för båda planeterna inte hade några kemiska signaturer. De tillskriver detta resultat till moln av partiklar högt uppe i deras atmosfärer. "Detta var helt oväntat, " sa Jessica Libby-Roberts från University of Colorado, Flyttblock, "vi hade planerat att observera stora vattenabsorptionsegenskaper, men de var bara inte där. Vi var grumlade!" Men, till skillnad från jordens vattenmoln, molnen på dessa planeter kan vara sammansatta av saltkristaller eller fotokemiska dis, som de som finns på Saturnus största måne, Titan.
Den här illustrationen visar de tre jätteplaneterna som kretsar kring den solliknande stjärnan Kepler 51 jämfört med några av planeterna i vårt solsystem. Dessa planeter är alla ungefär lika stora som Jupiter men en mycket liten bråkdel av dess massa. NASA:s rymdteleskop Kepler upptäckte skuggorna av dessa planeter 2012–2014 när de passerade framför sin stjärna. Det finns ingen direkt avbildning. Därför, färgerna på Kepler 51-planeterna i denna illustration är imaginära. Kredit:NASA, ESA, och L. Hustak och J. Olmsted (STScI)
Dessa moln ger teamet insikt i hur Kepler-51 b och 51 d står sig mot andra lågmassa, gasrika planeter utanför vårt solsystem. När man jämför superpuffarnas platta spektra med andra planeters spektra, teamet kunde stödja hypotesen att moln/dimbildning är kopplad till temperaturen på en planet – ju kallare en planet är, desto molnigare blir det.
Teamet undersökte också möjligheten att dessa planeter faktiskt inte alls var super-puffar. Tyngdkraften bland planeterna skapar små förändringar i deras omloppsperioder, och från dessa tidseffekter kan planetära massor härledas. Genom att kombinera variationerna i tidpunkten för när en planet passerar framför sin stjärna (en händelse som kallas transit) med de transiter som observeras av Kepler-rymdteleskopet, teamet begränsade bättre planetmassorna och systemets dynamik. Deras resultat överensstämde med tidigare uppmätta resultat för Kepler-51 b. Dock, de fann att Kepler-51 d var något mindre massiv (eller så var planeten ännu mer pösig) än man tidigare trott.
I slutet, teamet drog slutsatsen att de låga tätheterna hos dessa planeter delvis är en konsekvens av systemets unga ålder, bara 500 miljoner år gammal, jämfört med vår 4,6 miljarder år gamla Sun. Modeller tyder på att dessa planeter bildades utanför stjärnans "snölinje, " området med möjliga banor där isiga material kan överleva. Planeterna migrerade sedan inåt, som en rad järnvägsvagnar.
Nu, med planeterna mycket närmare stjärnan, deras lågdensitetsatmosfärer bör avdunsta ut i rymden under de närmaste miljarderna åren. Med hjälp av planetariska evolutionsmodeller, teamet kunde visa att Kepler-51 b, planeten närmast stjärnan, kommer en dag (om en miljard år) se ut som en mindre och hetare version av Neptunus, en typ av planet som är ganska vanlig i hela Vintergatan. Dock, det verkar som att Kepler-51 d, som är längre bort från stjärnan, kommer att fortsätta att vara en udda planet med låg densitet, även om det både kommer att krympa och förlora en liten mängd atmosfär. "Detta system erbjuder ett unikt laboratorium för att testa teorier om tidig planetevolution, " sa Zach Berta-Thompson vid University of Colorado, Flyttblock.
Den goda nyheten är att allt inte är förlorat för att bestämma atmosfärens sammansättning av dessa två planeter. NASA:s kommande James Webb rymdteleskop, med dess känslighet för längre infraröda våglängder av ljus, kanske kan titta genom molnskikten. Framtida observationer med detta teleskop kan ge insikter om vad dessa sockervaddsplaneter faktiskt är gjorda av. Tills dess, dessa planeter förblir ett sött mysterium.
