Ekstrasolaarsete planeetide uurimine on viimastel aastatel tõesti plahvatuslikult kasvanud. Praegu on astronoomid suutnud kinnitada 4104 planeedi olemasolu väljaspool meie päikesesüsteemi, veel 4900 ootab kinnitust. Nende paljude planeetide uurimine on paljastanud asju võimalike planeetide ulatuse kohta meie universumis ja õpetanud meile, et neid on palju, mille jaoks meie päikesesüsteemis pole analooge.
Näiteks tänu Hubble'i kosmoseteleskoop, on astronoomid õppinud rohkem uut eksoplaneedi klassi, mida tuntakse ülimaffineeritud planeetidena. Selle klassi planeedid on sisuliselt noored gaasihiiglased, mis on Jupiteriga võrreldavad, kuid nende massid on vaid paar korda suuremad kui Maa oma. Selle tulemuseks on, et nende atmosfääris on puuvillase kommi tihedus, sellest ka veetlev hüüdnimi!
Ainsad teadaolevad näited selle planeedi kohta on Kepler 51 süsteem - noor Päikesesarnane täht, mis asub umbes 2615 valgusaasta kaugusel Cygnuse tähtkujus. Selles süsteemis on kinnitatud kolm eksoplaneeti (Kepler-51 b, c ja d), mille esmakordselt avastas Kepleri kosmoseteleskoop aastal 2012. Kuid nende planeetide tihedus kinnitati alles 2014. aastal ja see oli üsna üllatus.
Kui nendel gaasigigaanidel on atmosfäär, mis koosneb vesinikust ja heeliumist ning on umbes sama suured kui Jupiter, on nad ka massi osas umbes sada korda kerged. Jääb saladuseks, kuidas ja miks nende atmosfäär õhku paiskab, nagu nad seda teevad, kuid fakt, et nende atmosfääri olemus muudab superpuhutud planeedid atmosfääri analüüsi peamiseks kandidaadiks.
Täpselt seda püüdis teha rahvusvaheline astronoomide meeskond - eesotsas Jessica Libby-Robertsiga Boulderi Colorado ülikooli astrofüüsika ja kosmoseastronoomia keskusest (CASA) - Colorado ülikoolis. Kasutades andmeid saidilt Hubble, Libby-Roberts ja tema meeskond analüüsisid Kepler-51 b ja d atmosfäärist saadud spektreid, et näha, millised komponendid (sealhulgas vesi) seal olid.
Kuna need planeedid möödusid oma tähe ees, uuriti nende atmosfääri neeldunud valgust infrapuna lainepikkuses. Meeskonna üllatuseks leidsid nad, et mõlema planeedi spektritel puudusid märguande keemilised signatuurid. Seda omistasid nad oma atmosfääris soolakristallide pilvede või fotokeemiliste udude tekkele.
Sellisena tugines meeskond arvutisimulatsioonidele ja muudele tööriistadele, et teoreerida, et Kepler-51 planeedid on enamasti vesiniku ja heeliumi mass, mida katab paks metaanist koosnev udu. See sarnaneb sellega, mis toimub Titani atmosfääris (Saturni suurim kuu), kus valdavalt lämmastiku atmosfäär sisaldab metaangaasi pilvi, mis varjavad pinda.
"See oli täiesti ootamatu," ütles Libby-Roberts. „Olime plaaninud jälgida suuri veeimavuse tunnuseid, kuid neid lihtsalt polnud. Me olime hägustunud! ” Need pilved andsid meeskonnale siiski väärtusliku ülevaate sellest, kuidas Kepler-51 b ja d võrreldavad teiste astronoomide täheldatud madala massiga, gaasirikkaid eksoplaneete. Nagu Libby-Roberts CU Boulderi pressiteates selgitas:
“Teadsime, et nad on madala tihedusega. Kuid kui pildistate Jupiteri suurust puuvillast kommi - see on tõesti väikese tihedusega… See saatis meid kindlasti skrambleerima, et tulla välja sellega, mis siin võiks toimuda. Eeldatavasti leidsime vett, kuid me ei suutnud jälgida ühegi molekuli signatuure. ”
Meeskond suutis ka nende planeetide suurust ja massi paremini piirata, mõõtes nende ajamõju. Kõigis süsteemides toimuvad planeedi orbitaalperioodil väikesed muutused nende gravitatsioonitõmbe tõttu, mida saab kasutada planeedi massi arvutamiseks. Meeskonna tulemused nõustusid varasemate hinnangutega Kepler-51 b kohta, samas kui Kepler-51 d hinnangud näitasid, et see on pisut vähem massiivne (ehk puffier), kui seni arvati.
Samuti võrdles meeskond kahe ülipihutuse spektrit teiste planeetide spektritega ja saadi tulemused, mis näitasid, et pilve / udude teke on seotud planeedi temperatuuriga. See toetab hüpoteesi, et mida jahedam on planeet, seda hägusemaks see kujuneb, mida on astronoomid mõelnud tänu hiljutistele eksoplaneetide avastuste ulatusele.
Ja viimane, kuid mitte vähem tähtis, täheldas meeskond, et nii Kepler-51 b kui ka d näivad kaotavat kiiresti gaasi. Tegelikult arvab meeskond, et endine planeet (mis on lähimas oma tähttähele) viskab iga sekund kosmosesse kümneid miljardeid tonne materjali. Kui see trend jätkub, kahanevad planeedid järgmise paari miljardi aasta jooksul märkimisväärselt ja võivad muutuda mini-Neptuunideks.
Sellega seoses viitaks sellele, et eksoplaneedid pole lõppude lõpuks nii haruldased, andes, et mini-Neptuunid tunduvad olevat väga tavalised. Samuti viitab see sellele, et ülimaffineeritud planeetide madalad tihedused omistatakse süsteemi vanusele. Kui päikesesüsteem on umbes 4,6 miljardit aastat vana, siis Kepler-51 on olnud kõigest 500 miljonit aastat.
Meeskonna poolt kasutatud planeedimudelid näitavad, et planeedid, mis moodustusid tõenäoliselt Kepler-51s Frost Line'i piirist - piirist, mille järel lenduvad elemendid külmuvad - ja rändasid siis sissepoole. Selle asemel, et tegemist on veiderpalli planeetidega, võivad Kepler-51 b ja d olla esimesed näited, mida astronoomid on näinud meie Universumi ühe kõige levinuma planeeditüübi varases arenguetapis.
Nagu Zach Berta-Thompson (APS-i abiprofessor ja uue uurimistöö kaasautor) selgitas, muudab see Kepler-51 “ainulaadseks laboriks” planeedi varase evolutsiooni teooriate testimiseks:
„See on äärmuslik näide sellest, mis eksoplaneetide puhul üldiselt nii lahe on. Need annavad meile võimaluse uurida maailmu, mis on meie omast väga erinevad, kuid asetavad ka meie enda päikesesüsteemi planeedid suuremasse konteksti. ”
Tulevikus võib kasutusele võtta järgmise põlvkonna instrumente nagu James Webbi kosmoseteleskoop (JWST) aitab astronoomidel uurida Kepler-51 planeetide atmosfääri ja muid ülipuhvreid. Tänu JWST-i tundlikkusele pikemate infrapunakiirguse lainepikkuste suhtes võime ehk vaadata veel läbi nende tiheda pilve ja teha kindlaks, millest need puuvillakommide planeedid tegelikult koosnevad.
See on ka järjekordne suled austatud korgis Hubble, mis on pidevalt töötanud umbes kolmkümmend aastat (alates 1990. aasta maist) ja valgustab jätkuvalt kosmilisi saladusi! On sobilik, et ta teeb endiselt järeldusi, mida varsti lähiajal uuritakse James Webb, selle vaimne järeltulija.
Uuring, mis täpsustab meeskonna uuringuid, ilmus hiljuti veebis ja ilmub ka Astrofüüsikaline ajakiri.
