Die Untersuchung extrasolarer Planeten ist in den letzten Jahren wirklich explodiert. Derzeit konnten Astronomen die Existenz von 4.104 Planeten außerhalb unseres Sonnensystems bestätigen, weitere 4900 warten auf ihre Bestätigung. Das Studium dieser vielen Planeten hat Dinge über die Reichweite möglicher Planeten in unserem Universum enthüllt und uns gelehrt, dass es viele gibt, für die es in unserem Sonnensystem keine Analoga gibt.
Zum Beispiel dank neuer Daten von der Hubble-Weltraumteleskophaben Astronomen mehr über eine neue Klasse von Exoplaneten erfahren, die als "Super-Puff" -Planeten bekannt sind. Planeten dieser Klasse sind im Wesentlichen junge Gasriesen, deren Größe mit der von Jupiter vergleichbar ist, deren Massen jedoch nur wenige Male größer sind als die der Erde. Dies führt dazu, dass ihre Atmosphäre die Dichte von Zuckerwatte hat, daher der entzückende Spitzname!
Die einzigen bekannten Beispiele für diesen Planeten befinden sich im Kepler 51-System, einem jungen sonnenähnlichen Stern, der sich in der Cygnus-Konstellation etwa 2.615 Lichtjahre entfernt befindet. Innerhalb dieses Systems wurden drei Exoplaneten bestätigt (Kepler-51 b, c und d), die zuerst von der Kepler-Weltraumteleskop Die Dichte dieser Planeten wurde jedoch erst 2014 bestätigt, und es war eine ziemliche Überraschung.
Während diese Gasriesen Atmosphären haben, die aus Wasserstoff und Helium bestehen und ungefähr so groß wie Jupiter sind, sind sie auch ungefähr hundertmal leichter in Bezug auf die Masse. Wie und warum ihre Atmosphären so aufblähen würden, wie sie es tun, bleibt ein Rätsel, aber die Tatsache bleibt, dass die Natur ihrer Atmosphären Super-Puff-Planeten zu einem Hauptkandidaten für die atmosphärische Analyse macht.
Genau das wollte ein internationales Team von Astronomen - angeführt von Jessica Libby-Roberts vom Zentrum für Astrophysik und Weltraumastronomie (CASA) der Universität von Colorado, Boulder - tun. Verwenden von Daten aus HubbleLibby-Roberts und ihr Team analysierten Spektren aus den Atmosphären von Kepler-51 b und d, um festzustellen, welche Komponenten (einschließlich Wasser) vorhanden waren.
Während diese Planeten vor ihrem Stern vorbeizogen, wurde das von ihren Atmosphären absorbierte Licht in der Infrarotwellenlänge untersucht. Zur Überraschung des Teams stellten sie fest, dass die Spektren beider Planeten keine verräterischen chemischen Signaturen hatten. Dies führten sie auf das Vorhandensein von Salzkristallwolken oder photochemischen Trübungen in ihrer Atmosphäre zurück.
Daher stützte sich das Team auf Computersimulationen und andere Werkzeuge, um zu theoretisieren, dass die Kepler-51-Planeten hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestehen, das von einem dicken Dunst aus Methan bedeckt ist. Dies ähnelt dem, was in der Titanatmosphäre (dem größten Saturnmond) vor sich geht, wo die überwiegend stickstoffhaltige Atmosphäre Methangaswolken enthält, die die Oberfläche verdecken.
"Das war völlig unerwartet", sagte Libby-Roberts. "Wir hatten geplant, große Wasserabsorptionsmerkmale zu beobachten, aber sie waren einfach nicht da. Wir waren bewölkt! " Diese Wolken lieferten dem Team jedoch wertvolle Einblicke in den Vergleich von Kepler-51 b und d mit anderen von Astronomen beobachteten gasarmen Exoplaneten mit geringer Masse. Wie Libby-Roberts in einer Pressemitteilung von CU Boulder erklärte:
„Wir wussten, dass sie eine geringe Dichte haben. Aber wenn Sie sich einen Jupiter-großen Zuckerwatteball vorstellen - das ist wirklich eine geringe Dichte ... Es hat uns definitiv dazu gebracht, herauszufinden, was hier vor sich gehen könnte. Wir haben erwartet, Wasser zu finden, aber wir konnten die Signaturen eines Moleküls nicht beobachten. "
Das Team konnte auch die Größe und Masse dieser Planeten durch Messung ihrer Timing-Effekte besser einschränken. In allen Systemen treten geringfügige Änderungen in der Umlaufzeit eines Planeten aufgrund ihrer Anziehungskraft auf, die zur Ableitung der Masse eines Planeten verwendet werden kann. Die Ergebnisse des Teams stimmten mit früheren Schätzungen für Kepler-51 b überein, während die Schätzungen für Kepler-51 d zeigten, dass es etwas weniger massiv (auch bekannt als "puffier") ist als bisher angenommen.
Das Team verglich auch die Spektren der beiden Super-Puffs mit denen anderer Planeten und erzielte Ergebnisse, die darauf hinwiesen, dass die Wolken- / Dunstbildung mit der Temperatur eines Planeten zusammenhängt. Dies stützt die Hypothese, dass je kühler ein Planet ist, desto wolkiger wird er sein, worüber Astronomen dank der jüngsten Flut von Entdeckungen von Exoplaneten nachgedacht haben.
Zu guter Letzt stellte das Team fest, dass sowohl Kepler-51 b als auch d schnell Gas zu verlieren scheinen. Tatsächlich schätzt das Team, dass der ehemalige Planet (der seinem Mutterstern am nächsten liegt) jede Sekunde zig Milliarden Tonnen Material in den Weltraum schüttet. Wenn sich dieser Trend fortsetzt, werden die Planeten in den nächsten Milliarden Jahren erheblich schrumpfen und könnten zu Mini-Neptunen werden.
In dieser Hinsicht würde dies darauf hindeuten, dass die Exoplaneten doch nicht so ungewöhnlich sind, was dazu führt, dass Mini-Neptune sehr häufig zu sein scheinen. Es legt auch nahe, dass die geringen Dichten der Super-Puff-Planeten dem Alter des Systems zugeschrieben werden. Während das Sonnensystem rund 4,6 Milliarden Jahre alt ist, gibt es Kepler-51 erst seit 500 Millionen Jahren.
Die vom Team verwendeten Planetenmodelle weisen darauf hin, dass sich die Planeten wahrscheinlich jenseits der Frostlinie von Kepler-51 gebildet haben - der Grenze, hinter der flüchtige Elemente gefrieren - und dann nach innen gewandert sind. Kepler-51 b und d sind keine seltsamen Planeten, sondern möglicherweise die ersten Beispiele, die Astronomen in den frühen Entwicklungsstadien für einen der häufigsten Planetentypen in unserem Universum gesehen haben.
Wie Zach Berta-Thompson (stellvertretender APS-Professor und Mitautor der neuen Forschung) erklärte, ist Kepler-51 damit ein „einzigartiges Labor“ zum Testen von Theorien der frühen Planetenentwicklung:
"Dies ist ein extremes Beispiel dafür, was an Exoplaneten im Allgemeinen so cool ist. Sie geben uns die Möglichkeit, Welten zu studieren, die sich sehr von unseren unterscheiden, aber sie stellen auch die Planeten in unserem eigenen Sonnensystem in einen größeren Kontext. “
In Zukunft wird der Einsatz von Instrumenten der nächsten Generation wie dem James Webb Weltraumteleskop (JWST) wird Astronomen dabei helfen, die Atmosphäre der Kepler-51-Planeten und anderer Super-Puffs zu untersuchen. Dank der Empfindlichkeit des JWST gegenüber längeren Infrarotwellenlängen können wir möglicherweise noch durch ihre dichten Wolken schauen und feststellen, woraus diese „Zuckerwatte“ -Planeten tatsächlich bestehen.
Es ist auch eine weitere Feder in der Kappe der Verehrten Hubble, das seit ungefähr dreißig Jahren (seit Mai 1990) im Dauerbetrieb ist und weiterhin Licht auf kosmische Geheimnisse wirft! Es ist nur passend, dass noch Funde gemacht werden, die in Kürze Gegenstand von Nachuntersuchungen von sein werden James Webb, sein geistiger Nachfolger.
Die Studie, in der die Forschungsergebnisse des Teams detailliert beschrieben werden, wurde kürzlich online veröffentlicht und wird in veröffentlicht Das astrophysikalische Journal.
