Группа астрономов под руководством исследователей из Университета штата Пенсильвания изучила экзопланету Kepler-51d, окутанную аномально плотным слоем атмосферной дымки. Наблюдения, проведенные с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», показали, что этот туман скрывает химический состав и историю формирования небесного тела. Планета относится к редкому типу миров с экстремально низкой плотностью, которые называют «супер-пухлыми». Результаты работы опубликованы в издании «The Astronomical Journal».
Система звезды Kepler-51 расположена на расстоянии около 2615 световых лет от Земли в созвездии Лебедя. Она включает четыре планеты, три из которых обладают рекордно низкой массой при значительных объемах. При размерах, сопоставимых с Сатурном, их масса лишь в несколько раз превышает земную. Kepler-51d – самая холодная и разреженная среди них. По мнению ученых, ядро таких объектов невелико, а основную часть объема занимает водородно-гелиевая атмосфера, что делает их плотность сопоставимой с сахарной ватой.
Существование подобных планет противоречит общепринятым моделям формирования газовых гигантов. Обычно такие тела имеют массивное ядро, гравитация которого позволяет удерживать газы, и формируются на значительном удалении от звезды. Kepler-51d, напротив, находится на орбите, сопоставимой с расстоянием от Солнца до Венеры. Мощный звездный ветер Kepler-51 должен был со временем выдуть атмосферу планеты, однако механизмы, позволившие ей сохраниться, остаются предметом дискуссий.
Для анализа состава газовой оболочки ученые применили метод транзитной спектроскопии. Когда планета проходит перед диском светила, часть излучения фильтруется через ее атмосферу. Различные молекулы поглощают свет на определенных длинах волн, создавая уникальный спектральный отпечаток. Ранее телескоп «Хаббл» зафиксировал признаки дымки в ближнем инфракрасном диапазоне. Ожидалось, что приборы «Джеймса Уэбба», работающие на волнах до 5 микрон, позволят идентифицировать конкретные химические элементы, однако данные оказались лишены четких сигналов.
Исследователи полагают, что дымка на Kepler-51d обладает рекордной толщиной, сопоставимой с радиусом Земли. Этот слой поглощает излучение прежде, чем оно достигает нижних уровней атмосферы, что делает невозможным определение ее состава. По своей структуре туман может напоминать мглу на спутнике Сатурна Титане, состоящую из углеводородов, но превосходит ее по масштабам.
В качестве альтернативного объяснения ученые рассматривали наличие у планеты колец. Если бы они располагались под определенным углом, это могло бы исказить данные о размерах и плотности объекта. Однако спектральный анализ указывает на линейный тренд поглощения, характерный именно для плотной дымки. Сейчас астрономы изучают данные JWST для другой планеты этой системы, Kepler-51b, чтобы определить, являются ли подобные атмосферы общей чертой сверхлегких экзопланет.