En kunstners billede af en exoplanet med en svulmende atmosfære.
(Billede: © NASA)
Det viser sig, eksoplaneter kan være lige så søde som en tur til statsmessen: To verdener opdaget af NASAs Kepler-rumteleskop har omtrent den samme tæthed som en pakke med bomuldsgodis. De to planeter, der kredser om en ung stjerne kun omkring 500 millioner år gamle, er nyfødte verdener næsten lige så brede som gasgiganter, skønt de vejer ind under 10 gange Jordens masse.
Ved hjælp af NASAs Hubble-rumteleskop foretog forskere opfølgende observationer af de to "lækre" verdener, kendt som Kepler-51b og Kepler-51d. De fandt, at verdens oppustede atmosfærer sandsynligvis indeholdt en dis, der strækker sig højt over deres overflade. Verdens udvidede atmosfære placerede dem i en sjælden klasse af exoplaneter, superpufferne.
"Dette er eksoplaneter med laveste tæthed til dato," sagde Jessica Roberts sidste måned. Hun præsenterede de foreløbige resultater under det 232. halvårlige møde i American Astronomical Society i Denver. En kandidatstuderende ved University of Colorado, Boulder, Roberts hjalp dræbt med en jordlignende sammenligning af planeterne. Hun fandt en usædvanlig analog til superpufferne - en sød godbit. [De mest spændende Alien Planet-opdagelser i 2017]
"Jeg vil have dig til at forestille dig kæmpe planeter lavet af bomuldssød," sagde hun.
"Virkelig fluffy Titans"
I 2011 opdagede Kepler en verden med lav densitet, der kredsede om den unge stjerne Kepler 51; senere undersøgelser bekræftede, at planeten havde to søskende. Alle tre planeter har en svulmende atmosfære, og de første observationer antydede deres lave densitet.
Superpufferne fandt opmærksomhed fra Roberts 'doktorale rådgiver i Boulder, Zachory Berta-Thompson, som mistænkte, at de oppustede atmosfærer ville være lettere at studere end de mere afviklede atmosfærer rundt om i andre verdener. Sammen med flere kolleger brugte forskerne Hubble til at undersøge kemi i atmosfærerne på 51b og 51d, da parret passerede to gange mellem deres stjerne og Jorden. Den tredje verden, 51c, klippede kun kanten af systemets sol og holdt dens atmosfære skjult, og var derfor ikke en del af den nye undersøgelse.
Forskerne fandt, at begge planeter frembragte et signal, der antydede, at små partikler kaldet aerosoler dominerede atmosfæren. Disse aerosoler kunne oprettes af massive skybanker, eller de kan være tegn på en planet-omringende dis.
"Vores bedste gæt er, at vi ikke har at gøre med en slags sky-kondensation," sagde Roberts. "Det, vi sandsynligvis har at gøre med, er en form for fotokemisk dis, som vi bare ikke ved, hvad den er lavet af."
I solsystemet er Saturns største måne, Titan, den eneste, der domineres af et dislag lavet af kulbrinter, mest sandsynligt metan og etan. Den massive måne giver muligvis indsigt i superpustene, der kunne bære en udvidet version af diset.
"Vi ser måske på nogle virkelig fluffy Titans," sagde Roberts. [Twilight Haze skinner over Saturns Big Moon Titan i smukke Cassini-foto]
Planeter af bomuldssand
Beregning af en planets densitet kræver en tilbagevenden til gymnasiets fysik. Et objekts densitet er dens masse divideret med dens volumen; lydstyrken bestemmes af dens radius. Hubbles præcise målinger hjalp forskerne med at begrænse eksoplanetenes masse bedre. For at finde deres radius - og dermed deres volumen - sammenligner forskere størrelsen på planeten med dens stjerne. Ved at gennemgå det, der var kendt om stjernen, kunne Roberts og hendes kolleger bestemme en mere præcis radius.
Kepler-51b har en masse, der er cirka dobbelt så stor som Jorden og en radius, der er syv gange større, og den kredser om sin stjerne hver 45 dage. Med sin 130-dages bane er Kepler-51d lidt større, cirka 7,5 gange så massiv som Jorden med en radius næsten ti gange så stor som vores planet. Det tredje søskende, Kepler-51c, tager 85 dage at rejse rundt i stjernen og har omkring fire gange Jordens radius.
Ved at kombinere den opdaterede masse med den reviderede radius kunne forskerne beregne, at planeternes densiteter var i området fra 0,03 gram til 0,06 gram pr. Kubikcentimeter. Det er en tiendedel så tæt som Saturn, solsystemets mindst tætte planet, og en, der ville flyde i vand, hvis du kunne finde et badekar stort nok.
At finde ud af, hvad det ville betyde i den virkelige verden, ville kræve lidt mere arbejde, men Roberts var bestemt.
Hendes første tanke var marshmallows. Hun smeltede en batch i mikrobølgeovnen, men fandt, at de hvide godbidder stadig var for tætte.
”Det var bare et forfærdeligt rod,” sagde hun til Space.com.
For sine fratrædelser i bomuldssand gik hun hen til en købmand og købte containere med bomuldsgodis. Det friskspundne materiale var ikke tæt nok, men hun håbede, at de forpakkede kar kan fungere. Hun målte beholderens volumen og vejede materialet for at beregne dens densitet, hvilket var en tæt match til superpufferne.
”Jeg købte så mange af disse bade, [kassen] var som, du skal være en bomuldsgodteri,” sagde Roberts.
"Jeg var som det er for videnskab."
Unge planeter
Hvorfor er disse verdener så tæt? Roberts mener, at deres ungdom kan spille en nøglerolle. Planeter dannes som støv og klipper kolliderer for at opbygge en verden. Når den stenede kerne er massiv nok, trækker dens tyngdekraft lettere gas ind for at skabe en atmosfære.
I henhold til modeller dannede de tre superpuffer uden for deres snesnor i deres system, den usynlige grænse omkring centrale stjerner, hvor gas er kold nok til at kondensere til is. Planeterne vandrede derefter indad og nåede deres nuværende kredsløb. Da de rykkede tættere på den varme stjerne, smeltede deres is og skabte en gasformig atmosfære, der begynder at bule ud.
Mens planeter starter varmt fra kollisionerne, der dannede dem, køler de ned over tid og forårsager en sammentrækning af materiale. Samtidig striber stjernevind nogle af deres atmosfære ud. Ifølge Roberts antyder modeller, at i de næste 5 milliarder år, når den er lidt ældre end Jorden er i dag, vil 51b ligne mere som en typisk Neptunplanet. Fordi det er længere væk fra stjernen, sagde hun, at "51d sandsynligvis vil være lidt af en mærkelig fodbold, fordi den ikke har så meget af sin atmosfære strippet."
"Om nogle få milliarder år vil vi se disse planeter mindre end de er nu," sagde Roberts.
Hvis du kunne stå på en af superpustene (forudsat at den har en stenet overflade), ville atmosfæretrykket sandsynligvis være knusende højt, sagde Roberts. Du ville have det bedre med at flyde rundt højere i atmosfæren, hvor trykket ville være lavere, tilføjede hun.
Tidligt i sin levetid pralede Jorden sandsynligvis sin egen oppustede atmosfære, sagde hun, selvom den sandsynligvis mistede den meget hurtigt.
Forskerne planlægger at forelægge deres forskning til offentliggørelse senere i sommer.
Nu har vi bare brug for de søde verdener for at sporte bomulds-slikfarver, såsom blå, lyserød, lilla eller grøn!
