"Super-Puffs" klinkt misschien als een nieuwe ontbijtgranen. Maar het is eigenlijk de bijnaam voor een unieke en zeldzame klasse jonge exoplaneten met de dichtheid van suikerspin. Niets zoals zij bestaat in ons zonnestelsel.

Nieuwe gegevens van NASA's Hubble-ruimtetelescoop hebben de eerste aanwijzingen opgeleverd voor de chemie van twee van deze supergezwollen planeten, die zich in het Kepler 51-systeem bevinden. Dit exoplaneetsysteem, die eigenlijk drie superpuffs heeft die rond een jonge zonachtige ster draaien, werd in 2012 ontdekt door NASA's Kepler-ruimtetelescoop. het was pas in 2014 toen de lage dichtheden van deze planeten werden bepaald, tot verbazing van velen.

Dankzij de recente Hubble-waarnemingen kon een team van astronomen de massa- en grootteschattingen voor deze werelden verfijnen - onafhankelijk hun "gezwollen" karakter bevestigen. Hoewel niet meer dan enkele malen de massa van de aarde, hun waterstof/helium-atmosferen zijn zo opgeblazen dat ze bijna zo groot zijn als Jupiter. Met andere woorden, deze planeten zien er misschien net zo groot en omvangrijk uit als Jupiter, maar zijn qua massa ongeveer honderd keer lichter.

Hoe en waarom hun atmosferen naar buiten ballonvaren, blijft onbekend, maar deze functie maakt super-puffs uitstekende doelen voor atmosferisch onderzoek. Hubble gebruiken, het team ging op zoek naar bewijs van componenten, met name water, in de atmosferen van de planeten, genaamd Kepler-51 b en 51 d. Hubble observeerde de planeten toen ze voor hun ster langs gingen, gericht op het observeren van de infrarode kleur van hun zonsondergangen. Astronomen hebben de hoeveelheid licht afgeleid die door de atmosfeer wordt geabsorbeerd in infrarood licht. Met dit soort observatie kunnen wetenschappers zoeken naar de veelbetekenende tekens van de chemische bestanddelen van de planeten, zoals water.

Tot verbazing van het Hubble-team, ze ontdekten dat de spectra van beide planeten geen veelbetekenende chemische handtekeningen hadden. Ze schrijven dit resultaat toe aan wolken van deeltjes hoog in hun atmosfeer. "Dit was totaal onverwacht, " zei Jessica Libby-Roberts van de Universiteit van Colorado, Kei, "we waren van plan om grote waterabsorptiekenmerken te observeren, maar ze waren er gewoon niet. We waren vertroebeld!" Echter, in tegenstelling tot de waterwolken van de aarde, de wolken op deze planeten kunnen bestaan ​​uit zoutkristallen of fotochemische nevels, zoals die op de grootste maan van Saturnus, Titan.

Deze clouds geven het team inzicht in hoe Kepler-51 b en 51 d zich verhouden tot andere lage-massa, gasrijke planeten buiten ons zonnestelsel. Bij het vergelijken van de platte spectra van de super-puffs met de spectra van andere planeten, het team was in staat om de hypothese te ondersteunen dat de vorming van wolken/nevels verband houdt met de temperatuur van een planeet - hoe koeler een planeet is, hoe bewolkter het wordt.

Het team onderzocht ook de mogelijkheid dat deze planeten eigenlijk helemaal geen superpuffs waren. De aantrekkingskracht tussen de planeten zorgt voor kleine veranderingen in hun omlooptijden, en uit deze timingeffecten kunnen planetaire massa's worden afgeleid. Door de variaties in de timing van wanneer een planeet voor zijn ster passeert (een gebeurtenis die transit wordt genoemd) te combineren met de transits die zijn waargenomen door de Kepler-ruimtetelescoop, het team heeft de planetaire massa's en dynamiek van het systeem beter ingeperkt. Hun resultaten kwamen overeen met eerder gemeten resultaten voor Kepler-51 b. Echter, ze ontdekten dat Kepler-51 d iets minder zwaar was (of dat de planeet zelfs nog meer gezwollen was) dan eerder werd gedacht.

Uiteindelijk, het team concludeerde dat de lage dichtheden van deze planeten gedeeltelijk een gevolg zijn van de jonge leeftijd van het systeem, slechts 500 miljoen jaar oud, vergeleken met onze 4,6 miljard jaar oude zon. Modellen suggereren dat deze planeten buiten de "sneeuwlijn" van de ster zijn gevormd, " het gebied van mogelijke banen waar ijzige materialen kunnen overleven. De planeten migreerden toen naar binnen, als een reeks treinwagons.

Nutsvoorzieningen, met de planeten veel dichter bij de ster, hun atmosferen met een lage dichtheid zouden in de komende paar miljard jaar in de ruimte moeten verdampen. Met behulp van planetaire evolutiemodellen, het team kon aantonen dat Kepler-51 b, de planeet die het dichtst bij de ster staat, zal er op een dag (over een miljard jaar) uitzien als een kleinere en hetere versie van Neptunus, een type planeet dat vrij algemeen voorkomt in de hele Melkweg. Echter, het lijkt erop dat Kepler-51 d, die verder van de ster is, zal een vreemde planeet met een lage dichtheid blijven, hoewel het zowel zal krimpen als een kleine hoeveelheid atmosfeer zal verliezen. "Dit systeem biedt een uniek laboratorium voor het testen van theorieën over vroege planeetevolutie, " zei Zach Berta-Thompson van de Universiteit van Colorado, Kei.

Het goede nieuws is dat niet alles verloren is voor het bepalen van de atmosferische samenstelling van deze twee planeten. NASA's aankomende James Webb-ruimtetelescoop, met zijn gevoeligheid voor langere infrarode golflengten van licht, mogelijk door de wolkenlagen heen kan kijken. Toekomstige waarnemingen met deze telescoop kunnen inzicht geven in waar deze suikerspinplaneten eigenlijk van gemaakt zijn. Tot dan, deze planeten blijven een zoet mysterie.