JWST je snimio spektar Kepler-51d bez prepoznatljivih hemijskih potpisâ — zato što je atmosfera obavijena najgušćim izmagljenjem zabeleženim dosad. Planeta je "super-puff": približne veličine Saturna, ali sa masom samo nekoliko puta većom od Zemljine. Izmagljenje sedi na pritiscima ~1–10 mikrobara, sa česticama od ~0,1 µm, verovatno nastalim razgradnjom metana pod pojačanim UV zračenjem mlade zvezde.
Najzamagljenija planeta ikada: Kepler-51d krije hemiju iza ogromnog 'zida' izmagljenja
The ultra-low-density planet Kepler-51d is surrounded by the thickest layer of haze found on a planet yet, according to a new study that used NASA’s James Webb Space Telescope to take a deeper look at the “super-puff” planet. (CREDIT: NASA, ESA, and L. Hustak, J. Olmsted, D. Player and F. Summers (STScI))
Nešto misteriozno se krije unutar Kepler-51d — planeta koju je James Webb Space Telescope (JWST) zatekao obavijenu najgušćim slojem izmagljenja zabeleženim do sada. Poslednje posmatranje otvara naučne mogućnosti, ali i ostavlja mnogo neodgovorenih pitanja.
Detalji posmatranja
Kepler-51d se nalazi na oko 2.615 svetlosnih godina u sazvežđu Labud i po veličini podseća na Saturn, dok mu je masa samo nekoliko puta veća od Zemljine — zbog čega ga naučnici nazivaju "super-puff" planetom. Tokom jednog tranzita u junu 2023. tim sa Penn State-a je koristeći JWST-ov Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) snimio spektar u opsegu od 0,6 do 5,3 mikrona.
The best-fit quadratic limb-darkening parameters for the individual channels (black) and binned to 0.2 μm for clarity (blue). (CREDIT: The Astronomical Journal)
Spektar bez hemijskih otisaka
Umesto očekivanih apsorpcionih linija koje bi otkrile sastav atmosfere, spektar je bio glatka, postepeno opadajuća kriva — kraće talasne dužine su nešto više prigušene nego duže. Takav nagib odgovara raspršenju svetlosti na sitnim česticama izmagljenja i praktično blokira sve dublje hemijske potpise.
Karakteristike izmagljenja
Analize i modeliranja tima ukazuju da izmagljenje leži na veoma niskim pritiscima (~1–10 mikrobara) u vrhovima atmosfere, a da su čestice veličine oko 0,1 µm — slične onima u gornjoj atmosferi Titana. Kepler-51d je pritom relativno hladna za egzoplanetske standarde (~350 K), što je upravo u opsegu (300–500 K) gde razgradnja metana pod UV zračenjem favorizuje stvaranje kompleksnih organskih čestica i gustih izmagljenja.
Kepler-51d’s transmission spectrum observed with JWST/NIRSpec-PRISM covering 0.6–5.3 μm. The numerous gray points are the best-fit transit depths from the Eureka! reductions assuming a native resolution. (CREDIT: The Astronomical Journal)
Razmotrene alternative
Istraživači su ispitali i druge mogućnosti: optički gosti prstenovi mogli bi da uvećaju mereni radijus, ali gusti neprovidni prsten bi dao ravan spektar, a tanji prsten od sitnih čestica bi tehnički mogao da reprodukuje nagib spektra — međutim, sitne čestice bi bile uklonjene zračenjem za ~100.000 godina, što je neusklađeno sa starošću sistema (~500 miliona godina), osim ako nije došlo do nedavnog rušenja satelita. Atmosfersko isparavanje takođe ne objašnjava u potpunosti posmatrani oblik spektra.
Dodatni rezultat: zvezdana pega
Tokom tranzita primetno je kratkotrajno pojačanje svetlosti kada je planetarni disk prešao preko mrlje na zvezdi domaćinu. Analiza kroz talasne dužine pokazala je da je ta pega samo 200–300 K hladnija od okolnog fotosfernog sloja — znatno toplije nego sunčeve pege, i prvo direktno merenje temperature takve pege na mladoj zvezdi sličnoj Suncu.
Implikacije i budući pravci
Kepler-51d potvrđuje da njegova napuhana veličina zahteva ogroman vodonično-helijumski omotač — procenjena masa omotača je oko 30% ukupne mase planete. Pošto gusto izmagljenje trenutno skriva hemijske tragove, pitanje gde i kako su se super-puff planete formirale ostaje otvoreno. Dalja posmatranja, uključujući nadolazeće JWST analize Kepler-51b, mogu otkriti da li ceo sistem ima uslove pogodne za masovnu proizvodnju izmagljenja.
Objavljeno: rezultati su dostupni u The Astronomical Journal.
Pomozite nam da budemo bolji.
