Kepler‑51d i njegova dva „srodnika“ su egzoplanete izuzetno niske gustine: veličine slične Saturnu, ali sa masama od samo nekoliko Zemlja‑masa. Hubble i JWST (NIRSpec) nisu detektovali molekulske potpise zbog izuzetno guste atmosferske magle koja zaklanja spektralne linije. Sistem je mlad (~500 miliona godina), što sugeriše da posmatramo moguću tranzitnu fazu evolucije; dalja posmatranja mogu razjasniti poreklo ovih neobičnih svetova.
Egzoplanete „Kao Slatkiš“: Magla Koju Ni JWST Ne Može Prodrijeti
An artist's impression of the Kepler-51 system. | Credit: NASA/ESA/L. Hustak, J. Olmsted, D. Player and F. Summers (STScI)
Egzoplanete sistema Kepler‑51 ponovo su privukle pažnju astronoma: tri sveta izuzetno male gustine, dimenzija sličnih Saturnu, ali sa masama od samo nekoliko Zemlja‑masa, skrivaju svoj hemijski potpis iza izuzetno guste atmosferske magle koju čak ni James Webb nije uspeo da probije.
Šta znamo o Kepler‑51 sistemu
Kepler‑51 je mladi sistem udaljen oko 2.615 svetlosnih godina, sa najmanje četiri planete koje kruže oko zvezde slične Suncu. Planeti 51b, 51c i 51d imaju radijuse približno 7,1; 9 i 9,7 puta veće od Zemljinog, ali mase samo oko 3,7; 5,6 i 5,6 Zemljinih masa. Drugim rečima, veličine su slične Saturnu, ali su daleko manje masivne — gustine su toliko niske da se u popularnim metaforama porede sa cotton candy (slatkišem)
Posmatranja i šta su otkrila
Tim pod vođstvom Jessice Libby‑Roberts prvo je koristio Hubble (WFC3) 2020. godine kako bi tražio molekularne tragove u atmosferskim spektarima. Hubble nije detektovao jasne apsorpcione linije, što je navelo istraživače na zaključak o postojanju karakteristične, "featureless" magle.
Da bi se dublje prodralo, ista istraživačka grupa je koristila Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) na James Webb teleskopu. Princip je tranzitna spektroskopija: dok planeta prolazi ispred zvezde, deo zvezdane svetlosti prolazi kroz planetarnu atmosferu i nosi tragove molekula koji apsorbuju svetlost na određenim talasnim dužinama.
Međutim, i posmatranja JWST‑a ostala su bez jasnih hemijskih potpisa — magla je toliko gusta da čak ni NIRSpec, sa svojom osetljivošću na veće talasne dužine, nije uspeo da otkrije spektralne linije atmosferskih gasova.
An illustration of the James Webb Space Telescope conducting science in space. | Credit: Kevin Gill
„Ove ultra‑niskog gustine planete su retke i osporavaju uobičajene teorije formiranja gasnih džinova,“ kaže Jessica Libby‑Roberts. „A ovaj sistem ima tri takva sveta.“
Priroda magle i moguće poreklo
Magla podseća na onu na Titanu (saturnov mesec), koja sadrži ugljovodonike poput metana, ali u slučaju Kepler‑51d radi se o mnogo masivnijem i širem omotaču — istraživači procenjuju da sloj magle može biti blizu radijusa Zemlje u debljini.
Problemi za teoriju formiranja: klasični modeli podrazumevaju postojanje velikih, gustih jezgara (kao kod Jupitera i Saturna) koje privlače gas iz protoplanetarnog diska. Kepler‑51 planeti, međutim, deluju kao da imaju male jezgre i gigantske, plitke atmosfere — stanje koje je teško objasniti postojećim modelima, naročito s obzirom na relativno blisku udaljenost od zvezde (u našem Sunčevom sistemu bili bi unutar orbite Venere).
Moguće evolucije i naredna posmatranja
Sistem je mlad — oko 500 miliona godina — pa je moguće da posmatramo tranzitnu, prolaznu fazu: aktivna zvezda i njen zvezdani vetar mogu postepeno skidati atmosferu, i za milijardu godina ti planeti bi mogli ostati kao mali steničavi ostaci svojih sadašnjih „puhastih“ omotača.
Dalja NIRSpec posmatranja su u toku, uključujući analizu Kepler‑51b, i ona mogu dati tragove koji bi pomogli da se razjasni da li su svi planeti prekriveni istom vrstom magle ili su odstupanja u sastavu atmosfere. Rezultati merenja Kepler‑51d objavljeni su u izdanju The Astronomical Journal od 16. marta.
Za kraj
Kepler‑51 predstavlja izazov i priliku: razlog nastanka ovako „niskog gustinskog“ stanja još nije poznat, a nova posmatranja mogu promeniti naše razumevanje formiranja i evolucije gasnih planeta.
Pomozite nam da budemo bolji.
