Obraz artysty egzoplanety z wybrzuszoną atmosferą.
(Zdjęcie: © NASA)
Okazuje się, że egzoplanety mogą być tak słodkie, jak wycieczka na targi: Dwa światy odkryte przez Kosmiczny Teleskop Kepler NASA mają mniej więcej taką samą gęstość jak opakowanie waty cukrowej. Dwie planety, które krążą wokół młodej gwiazdy mającej zaledwie około 500 milionów lat, to nowonarodzone światy prawie tak szerokie jak gazowe olbrzymy, choć ważą mniej niż 10 razy więcej niż Ziemia.
Za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble'a NASA badacze dokonali obserwacji dwóch „pysznych” światów, znanych jako Kepler-51b i Kepler-51d. Odkryli, że nadęte atmosfery światów najprawdopodobniej zawierały mgłę rozciągającą się wysoko nad ich powierzchnią. Rozszerzona atmosfera światów umieściła ich w rzadkiej klasie egzoplanet, super-puffach.
„To jak dotąd egzoplanety o najniższej gęstości”, powiedziała Jessica Roberts w zeszłym miesiącu. Prezentowała wstępne wyniki podczas 232. półrocznego spotkania American Astronomical Society w Denver. Doktorant z University of Colorado, Boulder, Roberts pomógł w przygotowaniu planet podobnych do Ziemi. Znalazła niezwykły analog do super-zaciągnięć - słodką ucztę. [Najbardziej intrygujące odkrycia Alien Planet z 2017 roku]
„Chcę, żebyś wyobraził sobie gigantyczne planety wykonane z waty cukrowej” - powiedziała.
„Naprawdę puszyste Tytani”
W 2011 r. Kepler zauważył świat o niskiej gęstości, krążący wokół młodej gwiazdy Kepler 51; późniejsze badania potwierdziły, że planeta ma dwoje rodzeństwa. Wszystkie trzy planety mają wybrzuszoną atmosferę, a wstępne obserwacje sugerowały ich małą gęstość.
Super-zaciągnięcia zwróciły uwagę doktora Robertsa z Boulder, Zachory Berta-Thompson, który podejrzewał, że rozdęta atmosfera będzie łatwiejsza do zbadania niż atmosfera bardziej osiadła na innych światach. Wraz z kilkoma kolegami naukowcy wykorzystali Hubble'a do zbadania chemii atmosfer 51b i 51d, gdy para przechodziła dwukrotnie między ich gwiazdą a Ziemią. Trzeci świat, 51c, tylko przyciął krawędź słońca systemu, ukrywając jego atmosferę, i dlatego nie był częścią nowego badania.
Naukowcy odkryli, że obie planety wytworzyły sygnał sugerujący, że małe cząsteczki zwane aerozolami zdominowały atmosferę. Te aerozole mogą być wytwarzane przez ogromne banki chmur lub mogą być oznaką otaczającej planety mgły.
„Według naszych przypuszczeń nie mamy do czynienia z pewnego rodzaju kondensacją chmur” - powiedział Roberts. „Prawdopodobnie mamy do czynienia z pewnego rodzaju fotochemiczną mgiełką, o której po prostu nie wiemy, z czego jest wykonana”.
W Układzie Słonecznym największy księżyc Saturna, Titan, jest jedynym, który jest zdominowany przez warstwę zamglenia złożoną z węglowodorów, najprawdopodobniej metanu i etanu. Ogromny księżyc może zapewnić wgląd w super-zaciągnięcia, które mogą nosić rozszerzoną wersję mgły.
„Możemy patrzeć na naprawdę puszystych Tytanów” - powiedział Roberts. [Zmierzch Haze świeci nad Tytanem Wielkiego Księżyca Saturna we wspaniałym zdjęciu Cassini]
Planety z waty cukrowej
Obliczanie gęstości planety wymaga powrotu do fizyki w szkole średniej. Gęstość obiektu jest jego masą podzieloną przez objętość; objętość zależy od jej promienia. Precyzyjne pomiary Hubble'a pomogły naukowcom lepiej ograniczyć masę egzoplanet. Aby znaleźć ich promień - a tym samym ich objętość - naukowcy porównują rozmiar planety z gwiazdą. Po powrocie do tego, co wiadomo na temat gwiazdy, Roberts i jej koledzy byli w stanie określić bardziej precyzyjny promień.
Kepler-51b ma masę około dwa razy większą od Ziemi i promień około siedem razy większy i okrąża swoją gwiazdę co 45 dni. Ze swoją 130-dniową orbitą Kepler-51d jest nieco większy, około 7,5 razy masywniejszy niż Ziemia, o promieniu prawie dziesięciokrotnie większym niż promień naszej planety. Trzecie rodzeństwo, Kepler-51c, zajmuje 85 dni dookoła gwiazdy i ma około czterokrotnie większy promień Ziemi.
Łącząc zaktualizowaną masę ze skorygowanym promieniem, badacze mogli obliczyć, że gęstości planet wahały się od 0,03 grama do 0,06 grama na centymetr sześcienny. To jedna dziesiąta tak gęsta jak Saturn, najmniej gęsta planeta Układu Słonecznego i taka, która unosiłaby się w wodzie, gdyby można było znaleźć wystarczająco dużą wannę.
Zrozumienie, co to w rzeczywistości oznacza, wymagałoby nieco więcej pracy, ale Roberts był zdeterminowany.
Jej pierwszą myślą były pianki. W kuchence mikrofalowej stopiła partię, ale stwierdziła, że białe smakołyki wciąż były zbyt gęste.
„To był po prostu okropny bałagan” - powiedziała Space.com.
Po swoje potrącenia z waty cukrowej udała się do sklepu spożywczego i kupiła pojemniki z waty cukrowej. Świeżo wirowany materiał nie był wystarczająco gęsty, ale miała nadzieję, że pakowane wanny mogą zadziałać. Zmierzyła objętość pojemnika i zważyła materiał, aby obliczyć jego gęstość, co było bardzo zbliżone do super-zaciągnięć.
„Kupiłem tak wiele takich wanien, [kasjerka] przypominała, że musisz być fanem waty cukrowej” - powiedział Roberts.
„Byłem jak dla nauki”.
Młode planety
Dlaczego te światy są tak gęste? Roberts uważa, że ich młodość może odgrywać kluczową rolę. Planety formują się, gdy pył i skały zderzają się, aby zbudować świat. Kiedy skaliste jądro jest wystarczająco masywne, jego grawitacja przyciąga lżejszy gaz, aby stworzyć atmosferę.
Według modeli trzy super-zaciągnięcia powstały poza linią śniegu ich układu, niewidzialną granicą wokół gwiazd centralnych, gdzie gaz jest wystarczająco zimny, aby skroplić się w lodzie. Następnie planety migrowały do wewnątrz, docierając do swoich obecnych orbit. Gdy zbliżyli się do ciepłej gwiazdy, ich lód stopił się i stworzył gazową atmosferę, która zaczyna się wybrzuszać.
Podczas gdy planety zaczynają się ciepło od zderzeń, które je utworzyły, z czasem stygną, powodując kurczenie się materiału. Jednocześnie wiatry gwiezdne usuwają część atmosfery. Według Robertsa modele sugerują, że w ciągu najbliższych 5 miliardów lat, kiedy będzie on nieco starszy niż Ziemia, 51b będzie wyglądać bardziej jak typowa planeta Neptuna. Ponieważ jest ona bardziej oddalona od gwiazdy, powiedziała, że „51d prawdopodobnie będzie trochę dziwną kulą, ponieważ nie ma tak dużej ilości atmosfery”.
„Za kilka miliardów lat zobaczymy te planety mniejsze niż obecnie” - powiedział Roberts.
Roberts powiedział, że gdybyś mógł stanąć na jednym z super-zaciągnięć (zakładając, że ma skalistą powierzchnię), ciśnienie atmosfery prawdopodobnie byłoby miażdżąco wysokie. Dodałaby, że lepiej byłoby unieść się wyżej w atmosferze, w której ciśnienie byłoby niższe.
Powiedziała, że na wczesnym etapie życia Ziemia prawdopodobnie szczyciła się swą rozdętą atmosferą, choć prawdopodobnie bardzo szybko ją straciła.
Naukowcy planują przedłożyć swoje badania do publikacji jeszcze tego lata.
Teraz potrzebujemy tylko słodkich światów do uprawiania kolorów waty cukrowej, takich jak niebieski, różowy, fioletowy lub zielony!
