การศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบได้เกิดการระเบิดในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ปัจจุบันนักดาราศาสตร์สามารถยืนยันการมีอยู่ของดาวเคราะห์ 4,104 ดวงที่อยู่นอกระบบสุริยะของเราด้วยอีก 4900 ดวงที่รอการยืนยัน การศึกษาดาวเคราะห์จำนวนมากเหล่านี้ได้เปิดเผยสิ่งต่าง ๆ เกี่ยวกับช่วงของดาวเคราะห์ที่เป็นไปได้ในจักรวาลของเราและสอนเราว่ามีหลายสิ่งที่ไม่มีระบบอะนาล็อกในระบบสุริยะของเรา
ตัวอย่างเช่นขอบคุณข้อมูลใหม่ที่ได้รับจาก กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลนักดาราศาสตร์ได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับดาวเคราะห์นอกระบบประเภทใหม่ที่รู้จักกันในชื่อ“ ซุปเปอร์พัฟ” ดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์ในชั้นนี้เป็นดาวก๊าซยักษ์ที่มีขนาดใกล้เคียงกับดาวพฤหัส แต่มีมวลที่ใหญ่กว่าโลกเพียงไม่กี่เท่า ส่งผลให้บรรยากาศของพวกเขามีความหนาแน่นของขนมสายไหมดังนั้นจึงเป็นชื่อเล่นที่น่ายินดี!
ตัวอย่างที่รู้จักกันเพียงอย่างเดียวของโลกนี้อยู่ในระบบ Kepler 51 ซึ่งเป็นดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์อายุน้อยที่อยู่ห่างออกไป 2,615 ปีแสงในกลุ่มดาว Cygnus ภายในระบบนี้ดาวเคราะห์นอกระบบสามดวงได้รับการยืนยัน (Kepler-51 b, c และ d) ซึ่งถูกตรวจพบครั้งแรกโดย กล้องโทรทรรศน์อวกาศเคปเลอร์ ในปี 2012 อย่างไรก็ตามมันไม่ได้จนกว่าปี 2014 ที่ความหนาแน่นของดาวเคราะห์เหล่านี้ได้รับการยืนยันและมันก็ค่อนข้างประหลาดใจ
ในขณะที่ยักษ์ก๊าซเหล่านี้มีชั้นบรรยากาศที่ประกอบด้วยไฮโดรเจนและฮีเลียมและมีขนาดใกล้เคียงกับดาวพฤหัส แต่พวกมันก็เบากว่าร้อยเท่าในแง่ของมวล บรรยากาศและวิธีการของพวกเขาจะบอลลูนในแบบที่พวกเขายังคงเป็นปริศนา แต่ความจริงก็ยังคงอยู่ที่ธรรมชาติของบรรยากาศของพวกเขาทำให้ดาวเคราะห์ซุปเปอร์พัฟเป็นผู้สมัครที่สำคัญสำหรับการวิเคราะห์บรรยากาศ
นั่นคือสิ่งที่ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาตินำโดยเจสสิก้าลิบบี้ - โรเบิร์ตส์จากศูนย์ดาราศาสตร์และอวกาศดาราศาสตร์ (CASA) ที่มหาวิทยาลัยโคโลราโดโบลเดอร์พยายามทำ ใช้ข้อมูลจาก ฮับเบิลลิบบี้ - โรเบิร์ตและทีมของเธอวิเคราะห์สเปกตรัมที่ได้จากบรรยากาศของเคปเลอร์ -51 ขและวันเพื่อดูว่าองค์ประกอบใด (รวมถึงน้ำ) อยู่ที่นั่น
เมื่อดาวเคราะห์เหล่านี้ผ่านหน้าดาวฤกษ์ของพวกเขาแสงที่ถูกดูดกลืนโดยชั้นบรรยากาศจะถูกตรวจสอบในช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรด จากความประหลาดใจของทีมพวกเขาพบว่าสเปกตรัมของดาวเคราะห์ทั้งสองนั้นไม่มีลายเซ็นเคมีใด ๆ สิ่งนี้เกิดจากการที่มีเมฆของผลึกเกลือหรือสารเคมีแสงในบรรยากาศ
ทีมนี้อาศัยการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์และเครื่องมืออื่น ๆ ในการทฤษฏีว่าดาวเคราะห์เคปเลอร์ -51 ส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจนและฮีเลียมโดยมวลซึ่งถูกปกคลุมด้วยหมอกควันหนา ๆ ที่ทำจากมีเธน สิ่งนี้คล้ายกับสิ่งที่เกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศของไททัน (ดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดของดาวเสาร์) ซึ่งบรรยากาศไนโตรเจนส่วนใหญ่มีเมฆก๊าซมีเธนที่ปกคลุมพื้นผิว
“ นี่เป็นสิ่งที่คาดไม่ถึง” ลิบบี้ - โรเบิร์ตส์กล่าว “ เราวางแผนที่จะสังเกตคุณสมบัติการดูดซับน้ำขนาดใหญ่ แต่พวกเขาไม่ได้อยู่ที่นั่น พวกเราฟุ้งไปหมด!” อย่างไรก็ตามเมฆเหล่านี้ทำให้ทีมมีความเข้าใจที่มีคุณค่าเกี่ยวกับวิธีการเคปเลอร์ -51 ขและงเมื่อเปรียบเทียบกับดาวเคราะห์นอกระบบที่มีมวลน้อยและมีมวลเป็นแก๊สต่ำซึ่งสังเกตโดยนักดาราศาสตร์ ดังที่ลิบบี้ - โรเบิร์ตอธิบายไว้ในคำแถลงการณ์ของ CU Boulder:
“ เรารู้ว่ามีความหนาแน่นต่ำ แต่เมื่อคุณเห็นลูกกวาดขนาดเท่าดาวพฤหัส - มันมีความหนาแน่นต่ำจริง ๆ ... มันส่งเราทะเลาะกันเพื่อหาสิ่งที่อาจเกิดขึ้นที่นี่ เราคาดว่าจะพบน้ำ แต่เราไม่สามารถสังเกตลายเซ็นของโมเลกุลใด ๆ ได้”
ทีมยังสามารถ จำกัด ขนาดและมวลของดาวเคราะห์เหล่านี้ได้ดีขึ้นด้วยการวัดเอฟเฟกต์เวลาของพวกเขา ในทุกระบบการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยเกิดขึ้นในช่วงเวลาการโคจรของดาวเคราะห์เนื่องจากแรงโน้มถ่วงดึงซึ่งสามารถใช้เพื่อรับมวลของดาวเคราะห์ ผลลัพธ์ของทีมเห็นด้วยกับการประมาณการก่อนหน้านี้สำหรับ Kepler-51 b ในขณะที่การประมาณการสำหรับ Kepler-51 d บ่งชี้ว่ามันมีขนาดใหญ่น้อยกว่าเล็กน้อย
ทีมยังเปรียบเทียบสเปกตรัมของซุปเปอร์พัฟสองดวงกับดาวเคราะห์ดวงอื่นและได้ผลลัพธ์ที่บ่งบอกว่าการก่อตัวของเมฆ / หมอกควันนั้นเชื่อมโยงกับอุณหภูมิของดาวเคราะห์ สิ่งนี้สนับสนุนสมมติฐานที่ว่าดาวเคราะห์เย็นยิ่งกว่าเมฆที่มันจะเป็นซึ่งเป็นสิ่งที่นักดาราศาสตร์ได้ไตร่ตรองด้วยการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบเมื่อไม่นานมานี้
สุดท้าย แต่ไม่ท้ายสุดทีมสังเกตว่าทั้ง Kepler-51 b และ d ดูเหมือนจะสูญเสียก๊าซอย่างรวดเร็ว ในความเป็นจริงทีมประเมินว่าดาวเคราะห์ในอดีต (ซึ่งใกล้เคียงกับดาวฤกษ์แม่มากที่สุด) กำลังทิ้งวัสดุนับหมื่นล้านตันสู่อวกาศทุกวินาที หากแนวโน้มนี้ยังคงดำเนินต่อไปดาวเคราะห์จะหดตัวลงอย่างมากในอีกไม่กี่พันล้านปีถัดไปและอาจกลายเป็นดาวเนปจูนขนาดเล็ก
ในแง่นี้สิ่งนี้จะชี้ให้เห็นว่าดาวเคราะห์นอกระบบนั้นไม่ใช่เรื่องแปลกอะไรเลยทำให้มินิเนปจูนดูเหมือนจะเป็นเรื่องธรรมดามาก นอกจากนี้ยังชี้ให้เห็นว่าความหนาแน่นต่ำของดาวเคราะห์ซุปเปอร์พัฟนั้นมาจากอายุของระบบ ในขณะที่ระบบสุริยะมีอายุประมาณ 4.6 พันล้านปี Kepler-51 มีอายุประมาณ 500 ล้านปีเท่านั้น
แบบจำลองดาวเคราะห์ที่ใช้โดยทีมระบุว่าดาวเคราะห์น่าจะก่อตัวขึ้นนอกเหนือจาก Frost Line ของ Kepler-51s ซึ่งเป็นขอบเขตที่องค์ประกอบระเหยจะหยุดลงและอพยพเข้ามาด้านใน แทนที่จะเป็นดาวเคราะห์คี่บอลจากนั้นเคปเลอร์ -51 บีและดีอาจเป็นตัวอย่างแรกที่นักดาราศาสตร์ได้เห็นดาวเคราะห์ประเภทหนึ่งที่พบมากที่สุดในจักรวาลของเราในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา
ตามที่ Zach Berta-Thompson (ผู้ช่วยศาสตราจารย์ APS และผู้เขียนร่วมของการวิจัยใหม่) อธิบายว่าสิ่งนี้ทำให้ Kepler-51 เป็น "ห้องปฏิบัติการที่ไม่เหมือนใคร" สำหรับการทดสอบทฤษฎีวิวัฒนาการของดาวเคราะห์ยุคแรก:
“ นี่เป็นตัวอย่างที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับสิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับดาวเคราะห์นอกระบบโดยทั่วไป พวกเขาให้โอกาสเราในการศึกษาโลกที่แตกต่างจากเรามาก แต่พวกเขายังวางดาวเคราะห์ในระบบสุริยะของเราเองในบริบทที่กว้างขึ้น”
ในอนาคตการใช้งานของเครื่องมือรุ่นต่อไปเช่น กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ (JWST) จะช่วยให้นักดาราศาสตร์ตรวจสอบบรรยากาศของดาวเคราะห์ Kepler-51 และซุปเปอร์พัฟอื่น ๆ ขอบคุณความไวของ JWST ต่อความยาวคลื่นอินฟราเรดอีกต่อไปเราอาจสามารถมองผ่านเมฆที่หนาแน่นของพวกมันและกำหนดว่าดาวเคราะห์เหล่านี้ประกอบด้วย
นอกจากนี้ยังเป็นขนนกในหมวกของเคารพอีก ฮับเบิล ซึ่งได้ดำเนินการอย่างต่อเนื่องมาเป็นเวลาประมาณสามสิบปีแล้ว (ตั้งแต่เดือนพฤษภาคมปี 1990) และยังคงเปิดเผยความลึกลับของจักรวาล! มันเป็นสิ่งที่เหมาะสมเท่านั้นที่ยังคงมีการค้นพบซึ่งในไม่ช้าจะเป็นเรื่องของการสืบสวนติดตามโดย เจมส์เวบบ์ผู้สืบทอดจิตวิญญาณ
การศึกษาที่มีรายละเอียดเกี่ยวกับการวิจัยของทีมเมื่อไม่นานมานี้ปรากฏออนไลน์และจะปรากฏขึ้น วารสาร Astrophysical.
