Lo studio dei pianeti extrasolari è davvero esploso negli ultimi anni. Attualmente, gli astronomi sono stati in grado di confermare l'esistenza di 4.104 pianeti oltre il nostro Sistema Solare, con altri 4900 in attesa di conferma. Lo studio di questi molti pianeti ha rivelato cose sulla gamma di possibili pianeti nel nostro Universo e ci ha insegnato che ce ne sono molti per i quali non ci sono analoghi nel nostro Sistema Solare.
Ad esempio, grazie ai nuovi dati ottenuti da Telescopio spaziale Hubble, gli astronomi hanno imparato di più su una nuova classe di esopianeti conosciuti come pianeti "super-puff". I pianeti di questa classe sono essenzialmente giovani giganti gassosi di dimensioni paragonabili a Giove ma con masse che sono solo alcune volte superiori a quelle della Terra. Il risultato è che le loro atmosfere hanno la densità dello zucchero filato, da cui il delizioso soprannome!
Gli unici esempi noti di questo pianeta risiedono nel sistema Keplero 51, una giovane stella simile al Sole situata a circa 2.615 anni luce di distanza nella costellazione del Cigno. All'interno di questo sistema, sono stati confermati tre esopianeti (Kepler-51 b, c ed d) che sono stati rilevati per la prima volta dal Kepler Space Telescope nel 2012. Tuttavia, non è stato fino al 2014 che la densità di questi pianeti è stata confermata, ed è stata una vera sorpresa.
Mentre questi giganti gassosi hanno atmosfere composte da idrogeno ed elio e hanno circa le stesse dimensioni di Giove, sono anche circa cento volte più leggere in termini di massa. Come e perché le loro atmosfere si gonfiano nel modo in cui fanno rimangono un mistero, ma resta il fatto che la natura delle loro atmosfere rende i pianeti super puff un candidato principale per l'analisi atmosferica.
Questo è esattamente ciò che un team internazionale di astronomi - guidato da Jessica Libby-Roberts del Center for Astrophysics and Space Astronomy (CASA) dell'Università del Colorado, Boulder - ha cercato di fare. Utilizzo dei dati da Hubble, Libby-Roberts e il suo team hanno analizzato gli spettri ottenuti dalle atmosfere di Kepler-51 b e d per vedere quali componenti (inclusa l'acqua) erano lì.
Mentre questi pianeti passavano davanti alla loro stella, la luce assorbita dalle loro atmosfere veniva esaminata nella lunghezza d'onda dell'infrarosso. Con sorpresa del team, hanno scoperto che gli spettri di entrambi i pianeti non avevano alcuna firma chimica rivelatrice. Ciò hanno attribuito alla presenza di nuvole di cristalli di sale o di rischi fotochimici nelle loro atmosfere.
Pertanto, il team ha fatto affidamento su simulazioni al computer e altri strumenti per teorizzare che i pianeti Kepler-51 sono principalmente idrogeno ed elio in massa, che è coperto da una densa foschia costituita da metano. Questo è simile a quello che succede nell'atmosfera di Titano (la più grande luna di Saturno), dove l'atmosfera prevalentemente di azoto contiene nuvole di gas metano che oscurano la superficie.
"Questo è stato completamente inaspettato", ha detto Libby-Roberts. "Avevamo programmato di osservare le grandi caratteristiche di assorbimento dell'acqua, ma non c'erano. Siamo stati annebbiati! ” Tuttavia, queste nuvole hanno fornito al team preziose informazioni su come Kepler-51 b e d si confrontano con altri esopianeti a bassa massa e ricchi di gas osservati dagli astronomi. Come ha spiegato Libby-Roberts in un comunicato stampa di CU Boulder:
“Sapevamo che erano a bassa densità. Ma quando immagini un gomitolo di zucchero filato delle dimensioni di Giove - che è davvero a bassa densità ... Ci ha sicuramente mandato a cercare qualcosa che potrebbe succedere qui. Ci aspettavamo di trovare acqua, ma non siamo riusciti a osservare le firme di nessuna molecola ".
Il team è stato anche in grado di limitare meglio le dimensioni e la massa di questi pianeti misurando i loro effetti di temporizzazione. In tutti i sistemi, si verificano lievi cambiamenti nel periodo orbitale di un pianeta a causa della loro attrazione gravitazionale, che può essere utilizzata per derivare la massa di un pianeta. I risultati del team concordano con le stime precedenti per Kepler-51 b, mentre le stime per Kepler-51 d indicano che è leggermente meno massiccio (alias. Più gonfio) di quanto si pensasse in precedenza.
Il team ha anche confrontato gli spettri dei due super-sbuffi con quelli di altri pianeti e ha ottenuto risultati che indicavano che la formazione di nuvole / foschia è collegata alla temperatura di un pianeta. Ciò supporta l'ipotesi che più freddo è un pianeta, più nuvoloso sarà, il che è qualcosa su cui gli astronomi hanno riflettuto grazie alla recente serie di scoperte di esopianeti.
Ultimo, ma non meno importante, il team ha osservato che sia Kepler-51 b che d sembrano perdere gas rapidamente. In effetti, il team stima che l'ex pianeta (che è il più vicino alla sua stella madre) sta scaricando nello spazio decine di miliardi di tonnellate di materiale ogni secondo. Se questa tendenza continua, i pianeti si ridurranno considerevolmente nei prossimi miliardi di anni e potrebbero diventare mini-Nettuno.
A questo proposito, ciò suggerirebbe che gli esopianeti non sono poi così rari, dato che i mini-Nettuno sembrano essere molto comuni. Suggerisce anche che le basse densità dei pianeti super-soffio sono attribuite all'età del sistema. Mentre il sistema solare ha circa 4,6 miliardi di anni, Kepler-51 esiste da soli 500 milioni di anni.
I modelli planetari utilizzati dal team indicano che i pianeti probabilmente si sono formati oltre la linea di gelo di Keplero-51 - il confine oltre il quale gli elementi volatili si congeleranno - e quindi migrarono verso l'interno. Invece di essere pianeti dispari, quindi, Kepler-51 b e d potrebbero essere i primi esempi che gli astronomi hanno visto di uno dei tipi più comuni di pianeti nel nostro Universo nelle prime fasi di sviluppo.
Come ha spiegato Zach Berta-Thompson (un assistente professore di APS e coautore della nuova ricerca), questo rende Kepler-51 un "laboratorio unico" per testare teorie sull'evoluzione dei primi pianeti:
"Questo è un esempio estremo di ciò che è così bello degli esopianeti in generale. Ci danno l'opportunità di studiare mondi molto diversi dai nostri, ma collocano anche i pianeti nel nostro sistema solare in un contesto più ampio. "
In futuro, l'impiego di strumenti di prossima generazione come il James Webb Space Telescope (JWST) aiuterà gli astronomi a esaminare l'atmosfera dei pianeti Kepler-51 e di altri super-soffi. Grazie alla sensibilità del JWST alle lunghezze d'onda infrarosse più lunghe, potremmo essere ancora in grado di guardare attraverso le loro nuvole dense e determinare da cosa sono effettivamente composti questi pianeti "bastoncini di cotone".
È anche un'altra piuma nel cappuccio del venerato Hubble, che è in funzione da circa trent'anni (dal maggio 1990) e continua a far luce sui misteri cosmici! È giusto che stia ancora facendo scoperte che a breve saranno oggetto di indagini di follow-up da parte di James Webb, il suo successore spirituale.
Lo studio che descrive in dettaglio la ricerca del team è apparso di recente online e apparirà in Il diario astrofisico.
