Πλανήτης πιο ελαφρύς και από… μαλλί της γριάς – Ο «αόρατος» κόσμος 2.600 έτη φωτός μακριά

Ένας εξωπλανήτης τόσο ελαφρύς που θα μπορούσε να επιπλέει στο νερό, αν υπήρχε ωκεανός αρκετά μεγάλος, συνεχίζει να προβληματίζει τους αστρονόμους, καθώς κρύβει τα μυστικά του κάτω από ένα στρώμα ομίχλης πιο πυκνό από οποιοδήποτε έχει παρατηρηθεί ποτέ σε πλανήτη.

Η ομίχλη είναι τόσο παχιά που ούτε το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb (JWST) μπορεί να τη διαπεράσει, αφήνοντας αναπάντητα τα ερωτήματα για το πώς σχηματίστηκε αυτός ο πλανήτης εξαιρετικά χαμηλής πυκνότητας και τα «αδελφά» του σώματα.

“Αυτοί οι πλανήτες εξαιρετικά χαμηλής πυκνότητας είναι σπάνιοι και αψηφούν τη συμβατική κατανόηση για τον σχηματισμό των γιγάντων αερίων,” δήλωσε η Jessica Libby-Roberts του Πανεπιστημίου της Τάμπα στη Φλόριντα. “Και αν η εξήγηση για τον σχηματισμό ενός είναι δύσκολη, αυτό το σύστημα έχει τρεις!”

Ο Kepler-51d αποτελεί μέλος ενός συστήματος τεσσάρων πλανητών που περιφέρονται γύρω από ένα νεαρό άστρο, παρόμοιο με τον Ήλιο, σε απόσταση 2.615 ετών φωτός. Οι πλανήτες ανακαλύφθηκαν από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Kepler της NASA, το οποίο κατέγραψε τις διελεύσεις τους μπροστά από το άστρο.

Από το ποσοστό του φωτός που αποκρύπτεται κατά τη διέλευση, οι επιστήμονες υπολόγισαν το μέγεθος των πλανητών, ενώ μέσω των μεταβολών στον χρόνο διέλευσης —που προκαλούνται από τις αμοιβαίες βαρυτικές έλξεις— εκτιμήθηκαν οι μάζες τους. Οι πλανήτες Kepler-51b, c και d έχουν ακτίνες 7,1, 9 και 9,7 φορές μεγαλύτερες από της Γης, δηλαδή περίπου όσο ο Κρόνος.

Ωστόσο, οι μάζες τους είναι μόλις 3,7, 5,6 και 5,6 φορές μεγαλύτερες από της Γης, ενώ ο Κρόνος έχει μάζα 95 φορές μεγαλύτερη. Έτσι, οι κόσμοι αυτοί έχουν μέγεθος παρόμοιο με του Κρόνου αλλά πολύ μικρότερη πυκνότητα — τόσο μικρή που συγκρίνεται με μαλλί της γριάς.

Μυστήριο σχηματισμού και ατμόσφαιρας

Σε αντίθεση με τους γίγαντες αερίων του Ηλιακού μας Συστήματος, όπως ο Δίας και ο Κρόνος, που διαθέτουν μεγάλους και πυκνούς πυρήνες, οι πλανήτες του Kepler-51 φαίνεται να έχουν μικρούς πυρήνες και τεράστιες ατμόσφαιρες. “Έχουν πυκνότητα παρόμοια με μαλλί της γριάς,” ανέφερε η Libby-Roberts, προσθέτοντας ότι δεν είναι σαφές πώς οι τόσο μικροί πυρήνες απέκτησαν τόσο μεγάλες ποσότητες αερίων.

Αναζητώντας απαντήσεις, η ερευνήτρια, όταν βρισκόταν στο Πανεπιστήμιο Penn State, ηγήθηκε το 2020 ομάδας που παρατήρησε το σύστημα Kepler-51 με τη Wide-Field Camera 3 του Διαστημικού Τηλεσκοπίου Hubble. Στόχος ήταν να εντοπιστούν χημικά ίχνη στην ατμόσφαιρα των πλανητών, τα οποία θα μπορούσαν να αποκαλύψουν την προέλευσή τους.

Ωστόσο, το Hubble δεν εντόπισε κανένα χημικό στοιχείο, οδηγώντας την ομάδα στο συμπέρασμα ότι οι πλανήτες περιβάλλονται από ένα παχύ στρώμα ομίχλης που «σκεπάζει» τα πάντα.

Το James Webb και η αποτυχία διάτρησης της ομίχλης

Η Libby-Roberts επέστρεψε πρόσφατα στο σύστημα, χρησιμοποιώντας το φασματόμετρο NIRSpec του JWST για να εξετάσει εκ νέου την ατμόσφαιρα του Kepler-51d. Οι παρατηρήσεις βασίστηκαν στη φασματοσκοπία διέλευσης, όπου το φως του άστρου φιλτράρεται μέσα από την ατμόσφαιρα του πλανήτη, αφήνοντας χαρακτηριστικά απορρόφησης που αποκαλύπτουν τη χημική του σύσταση.

“Το φως του άστρου φιλτράρεται μέσα από την ατμόσφαιρα του πλανήτη πριν φτάσει στα τηλεσκόπιά μας,” εξήγησε η Libby-Roberts. Παρ’ όλα αυτά, ούτε το JWST κατάφερε να ανιχνεύσει χημικά στοιχεία, γεγονός που δείχνει ότι η ομίχλη είναι η πυκνότερη που έχει εντοπιστεί ποτέ σε εξωπλανήτη.

“Μοιάζει με την ομίχλη που βλέπουμε στον Τιτάνα, το μεγαλύτερο φεγγάρι του Κρόνου, αλλά σε πολύ μεγαλύτερη κλίμακα,” σημείωσε ο ερευνητής Suvrath Mahadevan του Penn State. “Η ομίχλη του Kepler-51d φαίνεται να έχει πάχος σχεδόν όσο η ακτίνα της Γης.”

Ένα σύστημα που παραμένει αίνιγμα

Οι επιστήμονες δεν διαθέτουν ακόμη μοντέλα που να εξηγούν τον σχηματισμό τόσο χαμηλής πυκνότητας πλανητών, ιδιαίτερα σε τόσο μικρή απόσταση από το άστρο τους. Αν βρίσκονταν στο Ηλιακό μας Σύστημα, οι Kepler-51b, c και d θα κινούνταν μέσα στην τροχιά της Αφροδίτης.

“Ίσως ο Kepler-51d σχηματίστηκε πιο μακριά και μετακινήθηκε προς τα μέσα, όμως εξακολουθούμε να έχουμε πολλά ερωτήματα,” είπε η Libby-Roberts. “Τι είναι αυτό που έκανε το σύστημα αυτό να δημιουργήσει τρεις τόσο παράξενους πλανήτες;”

Το σύστημα είναι ηλικίας περίπου μισού δισεκατομμυρίου ετών, πολύ νεότερο από το Ηλιακό μας Σύστημα. Η νεότητα του άστρου σημαίνει ότι οι ηλιακοί άνεμοι του αφαιρούν σταδιακά τα εξωτερικά αέρια των πλανητών, κάτι που ίσως στο μέλλον τους αφήσει μόνο με μικρούς πυρήνες.

Επιπλέον, μια άλλη ερευνητική ομάδα πραγματοποιεί τώρα παρατηρήσεις με το NIRSpec για τον Kepler-51b, με στόχο να εντοπίσει τη χημική σύσταση της ατμόσφαιράς του. Αν επιτύχουν, τα ευρήματα ενδέχεται να ρίξουν φως και στους Kepler-51c και d.

Τα αποτελέσματα των μετρήσεων για τον Kepler-51d δημοσιεύθηκαν στο τεύχος της 16ης Μαρτίου του The Astronomical Journal.