Questa illustrazione mostra la stella simile al Sole Kepler 51 e tre pianeti giganti che il telescopio spaziale Kepler della NASA ha scoperto nel 2012-2014. Questi pianeti sono tutti più o meno delle dimensioni di Giove, ma una piccola frazione della sua massa. Ciò significa che i pianeti hanno una densità straordinariamente bassa, più simile a quello del polistirolo piuttosto che alla roccia o all'acqua, sulla base delle nuove osservazioni del telescopio spaziale Hubble. I pianeti potrebbero essersi formati molto più lontano dalla loro stella e migrati verso l'interno. Ora le loro atmosfere gonfie di idrogeno/elio stanno sanguinando nello spazio. Infine, pianeti molto più piccoli potrebbero essere lasciati indietro. Il campo stellare di sfondo è tracciato correttamente come apparirebbe se guardassimo indietro verso il nostro Sole dalla distanza di Kepler 51 di circa 2, 600 anni luce, lungo il braccio a spirale di Orione della nostra galassia. Però, il Sole è troppo debole per essere visto in questa vista simulata a occhio nudo. Credito:NASA, ESA, e L. Hustak, J. Olmsted, D. Player e F. Summers (STScI)
"Super-Puffs" può sembrare un nuovo cereale per la colazione. Ma in realtà è il soprannome di una classe unica e rara di giovani esopianeti che hanno la densità dello zucchero filato. Niente di simile esiste nel nostro sistema solare.
Nuovi dati dal telescopio spaziale Hubble della NASA hanno fornito i primi indizi sulla chimica di due di questi pianeti super gonfi, che si trovano nel sistema Kepler 51. Questo sistema di esopianeti, che in realtà vanta tre super sbuffi che orbitano attorno a una giovane stella simile al Sole, è stato scoperto dal telescopio spaziale Kepler della NASA nel 2012. Tuttavia, non è stato fino al 2014 quando sono state determinate le basse densità di questi pianeti, con sorpresa di molti.
Le recenti osservazioni di Hubble hanno permesso a un team di astronomi di perfezionare le stime di massa e dimensioni per questi mondi, confermando in modo indipendente la loro natura "gonfia". Sebbene non più di parecchie volte la massa della Terra, le loro atmosfere di idrogeno/elio sono così gonfie che hanno quasi le dimensioni di Giove. In altre parole, questi pianeti potrebbero sembrare grandi e ingombranti come Giove, ma sono circa cento volte più leggere in termini di massa.
Come e perché le loro atmosfere si gonfiano verso l'esterno rimane sconosciuto, ma questa caratteristica rende i super-sbuffi obiettivi primari per le indagini atmosferiche. Usando Hubble, il team è andato alla ricerca di prove di componenti, in particolare l'acqua, nelle atmosfere dei pianeti, chiamato Keplero-51 b e 51 d. Hubble osservava i pianeti quando passavano davanti alla loro stella, con l'obiettivo di osservare il colore a infrarossi dei loro tramonti. Gli astronomi hanno dedotto la quantità di luce assorbita dall'atmosfera nella luce infrarossa. Questo tipo di osservazione consente agli scienziati di cercare i segni rivelatori dei costituenti chimici dei pianeti, come l'acqua.
Con grande stupore del team di Hubble, hanno scoperto che gli spettri di entrambi i pianeti non hanno alcuna traccia chimica rivelatrice. Attribuiscono questo risultato a nuvole di particelle alte nelle loro atmosfere. "Questo è stato completamente inaspettato, ", ha affermato Jessica Libby-Roberts dell'Università del Colorado, Masso, "avevamo programmato di osservare grandi caratteristiche di assorbimento d'acqua, ma semplicemente non c'erano. Eravamo annebbiati!" Tuttavia, a differenza delle nuvole d'acqua della Terra, le nuvole su questi pianeti possono essere composte da cristalli di sale o nebbie fotochimiche, come quelli trovati sulla luna più grande di Saturno, Titano.
Questa illustrazione mostra i tre pianeti giganti che orbitano attorno alla stella simile al Sole Kepler 51 rispetto ad alcuni dei pianeti del nostro sistema solare. Questi pianeti hanno tutti più o meno le dimensioni di Giove, ma una frazione molto piccola della sua massa. Il telescopio spaziale Kepler della NASA ha rilevato le ombre di questi pianeti nel 2012-2014 mentre passavano davanti alla loro stella. Non c'è l'imaging diretto. Perciò, i colori dei pianeti Kepler 51 in questa illustrazione sono immaginari. Credito:NASA, ESA, e L. Hustak e J. Olmsted (STScI)
Queste nuvole forniscono al team informazioni su come Kepler-51 b e 51 d si confrontano con altri a bassa massa, pianeti ricchi di gas al di fuori del nostro sistema solare. Quando si confrontano gli spettri piatti dei super-sbuffi con gli spettri di altri pianeti, il team è stato in grado di supportare l'ipotesi che la formazione di nubi/nebbia sia collegata alla temperatura di un pianeta:più un pianeta è freddo, più diventa nuvoloso.
Il team ha anche esplorato la possibilità che questi pianeti non fossero affatto dei super-sbuffi. L'attrazione gravitazionale tra i pianeti crea lievi modifiche ai loro periodi orbitali, e da questi effetti temporali si possono derivare le masse planetarie. Combinando le variazioni dei tempi di quando un pianeta passa davanti alla sua stella (un evento chiamato transito) con quei transiti osservati dal telescopio spaziale Kepler, il team ha vincolato meglio le masse planetarie e la dinamica del sistema. I loro risultati concordavano con quelli misurati in precedenza per Kepler-51 b. Però, hanno scoperto che Kepler-51 d era leggermente meno massiccio (o il pianeta era ancora più gonfio) di quanto si pensasse in precedenza.
Alla fine, il team ha concluso che le basse densità di questi pianeti sono in parte una conseguenza della giovane età del sistema, solo 500 milioni di anni, rispetto al nostro Sole di 4,6 miliardi di anni. I modelli suggeriscono che questi pianeti si siano formati al di fuori della "linea di neve" della stella, " la regione delle possibili orbite in cui i materiali ghiacciati possono sopravvivere. I pianeti poi migrarono verso l'interno, come una serie di vagoni ferroviari.
Ora, con i pianeti molto più vicini alla stella, le loro atmosfere a bassa densità dovrebbero evaporare nello spazio nei prossimi miliardi di anni. Utilizzando modelli di evoluzione planetaria, il team è stato in grado di dimostrare che Kepler-51 b, il pianeta più vicino alla stella, un giorno (tra un miliardo di anni) assomiglierà a una versione più piccola e più calda di Nettuno, un tipo di pianeta abbastanza comune in tutta la Via Lattea. Però, sembra che Keplero-51 d, che è più lontano dalla stella, continuerà ad essere un pianeta stravagante a bassa densità, anche se si restringerà e perderà una piccola quantità di atmosfera. "Questo sistema offre un laboratorio unico per testare le teorie sull'evoluzione dei primi pianeti, ", ha affermato Zach Berta-Thompson dell'Università del Colorado, Masso.
La buona notizia è che non tutto è perduto per determinare la composizione atmosferica di questi due pianeti. Il prossimo telescopio spaziale James Webb della NASA, con la sua sensibilità alle lunghezze d'onda infrarosse più lunghe della luce, potrebbe essere in grado di scrutare attraverso i livelli di cloud. Osservazioni future con questo telescopio potrebbero fornire informazioni su di cosa siano effettivamente fatti questi pianeti di zucchero filato. Fino ad allora, questi pianeti rimangono un dolce mistero.
