Новые данные космического телескопа "Хаббл" выявили немного больше деталей о трех планетах в системе Kepler 51. Наблюдения позволили команде астрономов улучшить оценки массы и размера экзопланет, которые напоминают гигантские шарики из сахарной ваты. Эти молодые миры размером с Юпитер, но их масса составляет менее одной сотой массы самой большой планеты в Солнечной системе - отсюда и сравнение с сахарной ватой.
Экзопланеты в системе Kepler 51 - очень редкий класс планет. Ничего подобного не существует в нашей Солнечной системе. Они имеют очень низкую плотность. Их атмосфера из водорода и гелия настолько раздута, что они почти размером с Юпитер, хотя их масса лишь в несколько раз превышает массу Земли. Другими словами, эти планеты выглядят большими и массивными, как наш Юпитер, но примерно в сто раз легче.
Редкий класс планет в системе Kepler 51
Из более чем 4000 до сих пор обнаруженных экзопланет, только горстка напоминает огромные шарики из сахарной ваты. Три из них находятся в системе Kepler 51 на расстоянии около 2600 световых лет от нас. Почему эти планеты так опухли? Астрономы еще не знают этого. Но новые наблюдения приближают их к ответу на этот вопрос. Результаты недавних исследований этих объектов скоро появятся в Астрономическом журнале. В настоящее время вы можете прочитать их в базе данных предварительной печати arXiv .
Используя телескоп "Хаббл", группа астрономов искала доказательства присутствия воды в атмосферах планет Кеплер-51b и Кеплер-51d. Исследователи наблюдали планеты в инфракрасном диапазоне, когда они проходили, на фоне диска их звезды-хозяина. Это так называемый транзитный метод, с помощью которого астрономы ищут планеты, вращающиеся вокруг иных звезд. Но этот вид наблюдения также позволяет вам искать характерные признаки химических компонентов планеты.
Когда планета проходит на фоне диска своей звезды, ее свет фильтруется через атмосферу планеты, если она есть. Следовательно, цветовой спектр может содержать информацию, из которой можно определить химический состав атмосферы. Но результаты наблюдения удивили исследователей. «Мы ожидали найти воду, но не увидели ее следов». Это заставило нас выяснить, что на самом деле там происходит», - сказала Джессика Либби-Робертс из Университета Колорадо в Боулдере.
Поэтому ученые обратились к компьютерному моделированию, чтобы увидеть, какие атмосферные условия могут вызвать эффект, который они наблюдали. Наиболее подходящим решением оказалась атмосфера, представляющая собой смесь водорода и гелия с высотным метановым слоем. Подобный слой метана находится на одной из лун Сатурна - Титане. Это сделало невозможным получение изображений поверхности луны, пока туда не прибыл зонд "Кассини".
Планеты с плотностью сладкой ваты
Исследователи сравнили спектры, полученные во время наблюдений, со спектрами других экзопланет. Они также проанализировали гравитационное притяжение между планетами, которое вызывает небольшие изменения в их орбитальных периодах, и на основе этих эффектов получили более подробные результаты, касающиеся массы планет в системе Кеплер-51.
Три планеты, вращающиеся вокруг звезды Kepler-51, были открыты в 2012 году. Два года спустя их странно низкая плотность была обнаружена. Теперь команда астрономов показала, что эти планеты имеют плотность менее 0,1 грамма на кубический сантиметр - эта плотность похожа на сахарную вату. «Мы знали, что эти планеты имеют низкую плотность, но когда вы представляете себе шарик сахарной ваты размером с Юпитер - это действительно низкая плотность», - сказала Либби-Робертс.
В конечном счете, команда пришла к выводу, что низкая плотность этих планет отчасти является следствием молодого возраста этой системы, которой, по мнению исследователей, всего 500 миллионов лет. Модели предполагают, что эти планеты возникли за пределами так называемой «снежной линии» - области достаточно далекой от звезды, где вода затвердевает. Затем планеты мигрировали внутрь системы.
На своих нынешних позициях их атмосфера должна испариться в космос в течение следующих нескольких миллиардов лет. Это может объяснить, почему эти типы планет так редки в наблюдаемом нами пространстве.
Используя модели эволюции планет, команда астрономов смогла показать, что Кеплер-51b, планета, ближайшая к звезде, однажды (примерно через миллиард лет) будет выглядеть как уменьшенная и более теплая версия Нептуна, типа планет, который довольно распространен на всем протяжении Млечного пути, хотя в солнечной системе ему нет эквивалента. Тем не менее, кажется, что Kepler-51d, который находится дальше от звезды, все равно останется странной планетой низкой плотности, хотя он также сократится и потеряет небольшую часть атмосферы.
«Эта система предоставляет уникальную лабораторию для проверки теории ранней эволюции планет», - сказал Зак Берта-Томпсон из Колорадского университета в Боулдере, соавтор публикации. Исследователи надеются провести повторные наблюдения с помощью еще не запущенного в космос космического телескопа "Джеймс Уэбб". Его способности должны позволить собирать гораздо больше информации об этих «раздутых» планетах.
Читать подробнее:
https://hubblesite.org/contents/news-releases/2019/news-2019-60
https://arxiv.org/abs/1401.2885
https://www.colorado.edu/today/2019/12/19/behold-super-puffs-planets-fluffy-cotton-candy
Источник: HST / Колорадский университет
