המחקר על כוכבי לכת חוץ-קוטריים ממש התפוצץ בשנים האחרונות. נכון לעכשיו, אסטרונומים הצליחו לאשר את קיומם של 4,104 כוכבי לכת מעבר למערכת השמש שלנו, כאשר עוד 4900 ממתינים לאישור. המחקר של כוכבי הלכת הרבים הללו חשף דברים על טווח כוכבי הלכת האפשריים ביקום שלנו ולימד אותנו כי ישנם רבים שעבורם אין אנלוגים במערכת השמש שלנו.
לדוגמה, הודות לנתונים חדשים שהושגו על ידי ה- טלסקופ החלל האבל, אסטרונומים למדו יותר על מעמד חדש של אקסופלאנט המכונה כוכבי לכת "סופר-פאף". כוכבי לכת בכיתה זו הם בעצם ענקי גז צעירים הדומים בגודלם לצדק אך יש להם מסות שגדולות פי כמה מזו של כדור הארץ. התוצאה היא שהאטמוספירה שלהם עם צפיפות סוכריות כותנה, ומכאן הכינוי המענג!
הדוגמאות הידועות היחידות לכוכב הלכת הזה שוכנות במערכת קפלר 51, כוכב צעיר דמוי שמש הממוקם במרחק של כ -2,615 שנות אור מכיוון קבוצת הכוכבים Cygnus. במסגרת מערכת זו אושרו שלושה exoplanets (Kepler-51 b, c ו- d) שהתגלו לראשונה על ידי טלסקופ החלל קפלר עם זאת, רק בשנת 2014 אושרו צפיפות כוכבי הלכת הללו והפתיעה בהחלט.
בעוד שלענקיות הגז הללו יש אטמוספרות המורכבות מימן והליום ובגודל זהה לזה של צדק, הם גם קלים יותר ממאה מבחינת המסה. כיצד ומדוע האטמוספירה שלהם הייתה פורצת את הדרך בה הם נותרים בגדר תעלומה, אך העובדה שנשארת כי אופי האטמוספירה שלהם הופך כוכבי לכת סופר-פאף למועמד ראשוני לניתוח אטמוספרי.
זה בדיוק מה שצוות בינלאומי של אסטרונומים - בראשות ג'סיקה ליבי-רוברטס מהמרכז לאסטרופיסיקה ואסטרונומיה בחלל (CASA) באוניברסיטת קולורדו, בולדר - ביקש לעשות. באמצעות נתונים מ- האבל, ליבי-רוברטס וצוותה ניתחו ספקטרום שהושג מהאטמוספרות של קפלר -51 ב ו-ד כדי לראות אילו רכיבים (כולל מים) היו שם.
כאשר כוכבי הלכת הללו עברו מול הכוכב שלהם, האור שנבלע בסביבת האטמוספירה שלהם נבדק באורך הגל האינפרא אדום. להפתעת הצוות, הם גילו שלספקטרום של שני כוכבי הלכת אין חתימות כימיות מוכחות. את זה הם ייחסו לנוכחותם של עננים של גבישי מלח או אובך פוטוכימי בכמויות האווירה שלהם.
ככאלה, הצוות הסתמך על הדמיות ממוחשבות וכלים אחרים כדי להעריך כי כוכבי הלכת של קפלר 51 הם ברובם מימן והליום על פי המסה, המכוסה על ידי אובך סמיך המורכב מתאן. זה דומה למה שקורה באטמוספירה של טיטאן (הירח הגדול ביותר של שבתאי), שם אטמוספירת החנקן בעיקר מכילה ענני גז מתאן שמטשטשים את פני השטח.
"זה היה בלתי צפוי לחלוטין," אמרה ליבי-רוברטס. "תכננו לצפות בתכונות ספיגת מים גדולות, אבל הן פשוט לא היו שם. הוצפנו! " עם זאת, עננים אלה סיפקו לצוות תובנות יקרות ערך כיצד Kepler-51 b ו- d משווים לאוכלוסיות Exoplanets אחרות בעלות מסה נמוכה ועשירה בגז שנצפו על ידי אסטרונומים. כפי שהסביר ליבי-רוברטס בהצהרת העיתונאים של CU Boulder:
"ידענו שמדובר בצפיפות נמוכה. אבל כשאתה מדמיין כדור ממתק כותנה בגודל יופיטר - זה צפיפות נמוכה באמת ... זה בהחלט שלח לנו ערבוב כדי לבוא עם מה שיכול לקרות כאן. ציפינו למצוא מים, אך לא יכולנו לצפות בחתימות של אף מולקולה. "
הצוות הצליח גם להגביל טוב יותר את גודל וכוכבי הלכת הללו על ידי מדידת השפעות התזמון שלהם. בכל המערכות, שינויים קלים מתרחשים בתקופת מסלול כדור הארץ כתוצאה ממשיכת הכבידה שלהם, שניתן להשתמש בהם כדי לגזור את מסתו של כוכב לכת. תוצאות הצוות הסכימו עם הערכות קודמות עבור Kepler-51 b בעוד שההערכות עבור Kepler-51 d הצביעו על כך שהוא מעט פחות מסיבי (המכונה גם נפוח) מכפי שחשבו בעבר.
הצוות גם השווה את הספקטרום של שני פחזניות העל לאלה של כוכבי לכת אחרים והשיג תוצאות שהצביעו כי היווצרות ענן / אובך קשורה לטמפרטורה של כוכב לכת. זה תומך בהשערה כי ככל שכוכב לכת קריר יותר, הוא יהיה ענן יותר, וזה משהו שהאסטרונומים מהרהרים בזכות הממצאים האחרונים שהתגלו בגילויי האקסופלאנט.
אחרון חביב הצוות ציין כי גם קפלר -51 ב ו-ד מאבדים גז במהירות. למעשה, הצוות מעריך שכוכב הלכת לשעבר (שהוא הקרוב ביותר לכוכב האם שלו) זורק עשרות מיליארדי טונות חומר לחלל בכל שנייה. אם מגמה זו תימשך, כוכבי הלכת יתכווצו במידה ניכרת במהלך מיליארד השנים הקרובות ויכולים להפוך למיני נפטונים.
מבחינה זו, הדבר עשוי לרמוז שהאקסופלאנטים אינם כה נדירים, מה שמאפשר שמיני-נפטונים נפוצים מאוד. זה גם מציע שהצפיפות הנמוכה של כוכבי הלכת העל-פאף מיוחסת לגיל המערכת. בעוד שמערכת השמש היא בערך 4.6 מיליארד שנה, קפלר 51 קיים רק 500 מיליון שנה.
המודלים הפלנטריים ששימשו את הצוות מעלים כי כוכבי הלכת שנוצרו ככל הנראה מעבר לקווי הכפור Kepler-51s - הגבול שמעבר אליו יקפאו אלמנטים נדיפים - ואז נדדו פנימה. במקום להיות כוכבי לכת מוזרים, Kepler-51 b ו- d עשויים להיות הדוגמאות הראשונות שאסטרונומים ראו לאחד הסוגים הנפוצים ביותר של כוכבי לכת ביקום שלנו בשלבי פיתוח ראשונים.
כפי שהסביר זאק ברטה-תומפסון (עוזר פרופסור ל- APS וסופר-שותף למחקר החדש), זה הופך את קפלר -51 ל"מעבדה ייחודית "לבדיקת תיאוריות של התפתחות מוקדמת של כדור הארץ:
"זו דוגמה קיצונית למה שכל כך מגניב באקספלנטים בכלל. הם נותנים לנו הזדמנות ללמוד עולמות שונים מאוד משלנו, אך הם גם מציבים את כוכבי הלכת במערכת השמש שלנו לקונטקסט גדול יותר. "
בעתיד, פריסת מכשירים מהדור הבא כמו טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) יסייע לאסטרונומים לבחון את האווירה של כוכבי הלכת קפלר -51 ושאר נפיחות-על אחרות. בזכות הרגישות של JWST לאורכי גל אינפרא אדום ארוכים יותר, אנו עשויים להיות מסוגלים להסתכל עדיין בעננים הצפופים שלהם ולקבוע ממה מורכבים למעשה כוכבי הלכת "סוכריות הכותנה" הללו.
זוהי גם נוצה נוספת בכומתה של הכבוד האבל, שנמצא בפעילות רציפה כבר כשלושים שנה (מאז מאי 1990) וממשיך לשפוך אור על תעלומות קוסמיות! זה רק הולם שהוא עדיין מגלה ממצאים שבקרוב מאוד יהיו נושא לחקירות המשך של ג'יימס ווב, ממשיכו הרוחני.
המחקר שמפרט את מחקרי הצוות הופיע לאחרונה ברשת ויופיע בו כתב העת האסטרופיזי.
