En exoplanet kendt som Kepler-51d har et ekstremt tykt tågelag, som er blevet den største hindring i nylige observationer foretaget af Telescópio Espacial James Webb. Localizado cirka 2.615 lysår fra Terra, i stjernebilledet Cisne, kredser planeten om en stjerne svarende til Sol med en anslået alder på 500 millioner år. Disen blokerede atmosfærens kemiske signaturer, hvilket forhindrede videnskabsmænd i at identificere specifikke elementer og bedre forstå deres usædvanlige dannelse.
Universidade Estadual forskere fra Pensilvânia ledede undersøgelsen, som analyserede stjernelys, da det passerede gennem planetens atmosfære under en transit. Dataene viste et vippet transmissionsspektrum med næsten ingen distinkte træk ved bølgelængder fra 0,6 til 5,3 mikron, opfanget af NIRSpec-PRISM-instrumentet. Essa hældning indikerer tilstedeværelsen af aerosolpartikler i store højder, som spreder og absorberer lys effektivt.
Kepler-51d er en del af et sjældent stjernesystem med planeter, der er klassificeret som “super-pust” eller super-oppustede. Esses verdener udviser størrelser, der kan sammenlignes med gasgiganter som Saturno, men meget lave masser, hvilket resulterer i ekstremt reducerede tætheder. I tilfældet med Kepler-51d når tætheden omkring 0,038 g/cm³, svarende til den for bomuld slik, med en radius på cirka 9,32 jordradier og en masse på 5,6 jordmasser.
Tågelag blokerer for kemisk analyse
Tykkelsen af den detekterede dis kan strække sig over en skala, der kan sammenlignes med radius af Terra, som repræsenterer en af de største registreringer observeret i planetariske atmosfærer. Submikrometer Partículas, der muligvis ligner tholinerne fundet på månen Titã af Saturno, udgør laget ved tryk mellem 1 og 100 mikrobar.
Atmosfæriske genopretningsmodeller og fremadrettede simuleringer indikerer en atmosfære med lav metallicitet domineret af brint og helium. The absence of clear absorptions in methane, water or other compounds reinforces the hypothesis that the haze acts as an opaque veil.
Forskere har overvejet alternativer såsom tilstedeværelsen af vippede ringe rundt om planeten. Denne konfiguration ville dog være kortvarig, anslået til omkring 0,1 million år, hvilket gør det mindre sandsynligt at forklare nuværende observationer.
Unikke træk ved den super-oppustede planet
Kepler-51d kredser relativt tæt på sin stjerne med en periode på omkring 130 dage og en ligevægtstemperatur tæt på 350 K.
Den lave tæthed udfordrer traditionelle modeller for planetarisk dannelse. Hipóteses omfatter massive hylstre af brint og helium, der repræsenterer mere end 30% af den samlede masse eller atmosfæriske inflationsprocesser på unge planeter.
Kepler-51-systemet indeholder to andre forbigående super-puff-planeter og en fjerde ikke-transient lavmasseplanet, identificeret ved variationer i transittid. Essas gravitationsinteraktioner hjalp med at forfine orbitalmålinger.
Tidligere observationer og udvikling af undersøgelsen
Data fra Telescópio Espacial Hubble, indsamlet ved bølgelængder tæt på infrarød, indikerede allerede tegn på dis, men med begrænset dækning. James Webb udvidede spektralområdet og bekræftede tilstedeværelsen af et mere omfattende og tæt lag end forventet.
Værtsstjernen, en ung G-dværg, udviser stjerneaktivitet med pletter med højere temperatur end Sol. Frações af dækning af pletter varierer mellem 0,1% og 10%, afhængigt af de antagne parametre, men forklarer ikke hældningen observeret i spektret.
Hypoteser om komposition og dannelse
Sammensætningen af tågen kan omfatte tholiner, sod eller svovlforbindelser, med partikelstørrelser fra submikrometer til nogle få mikrometer. Svag påvisning af metan ved ppb-niveauer tyder på mulig frigivelse fra det indre, men repræsenterer ikke total overflod.
Forskere fremhæver, at observationer ved længere bølgelængder, med instrumenter som James Webb’s MIRI, bedre kunne kortlægge omfanget af disen eller detektere materialer i hypotetiske ringe. Até i øjeblikket er dis stadig den dominerende forklaring på det flade spektrum.
Undersøgelsen forstærker det unikke ved Kepler-51-systemet blandt de kendte, med flere planeter med lav tæthed, der udfordrer nuværende teorier.