Een artistiek beeld van een exoplaneet met een uitpuilende atmosfeer.
(Afbeelding: © NASA)
Het blijkt dat exoplaneten net zo zoet kunnen zijn als een reis naar de staatsbeurs: twee werelden ontdekt door NASA's Kepler-ruimtetelescoop hebben ongeveer dezelfde dichtheid als een pak suikerspin. De twee planeten, die rond een jonge ster van slechts ongeveer 500 miljoen jaar oud zijn, zijn pasgeboren werelden die bijna net zo breed zijn als gasreuzen, hoewel ze minder dan 10 keer de massa van de aarde wegen.
Met behulp van de Hubble-ruimtetelescoop van NASA maakten onderzoekers vervolgwaarnemingen van de twee 'heerlijke' werelden, bekend als Kepler-51b en Kepler-51d. Ze ontdekten dat de opgeblazen atmosferen van de werelden hoogstwaarschijnlijk een nevel bevatten die zich hoog boven hun oppervlak uitstrekte. De uitgestrekte sferen van de wereld plaatsten ze in een zeldzame klasse van exoplaneten, de superpufjes.
'Dit zijn de exoplaneten met de laagste dichtheid tot nu toe', zei Jessica Roberts vorige maand. Ze presenteerde de voorlopige resultaten tijdens de 232e halfjaarlijkse bijeenkomst van de American Astronomical Society in Denver. Een afgestudeerde student aan de Universiteit van Colorado, Boulder, Roberts hielp bij het maken van een aardachtige vergelijking voor de planeten. Ze vond een ongebruikelijke analoog voor de super-trekjes - een zoete traktatie. [De meest intrigerende ontdekkingen van de buitenaardse planeet van 2017]
'Ik wil dat je je gigantische planeten voorstelt, gemaakt van suikerspin,' zei ze.
"Echt donzige Titanen"
In 2011 zag Kepler een wereld met een lage dichtheid in een baan om de jonge ster Kepler 51; latere studies bevestigden dat de planeet twee broers en zussen had. Alle drie de planeten hebben een uitpuilende atmosfeer en de eerste waarnemingen suggereerden hun lage dichtheden.
De superwolken trokken de aandacht van Roberts 'doctoraatsadviseur in Boulder, Zachory Berta-Thompson, die vermoedde dat de opgeblazen atmosfeer gemakkelijker te bestuderen zou zijn dan de meer vaste atmosfeer rond andere werelden. Samen met verschillende collega's gebruikten de wetenschappers Hubble om de chemie van de atmosferen van 51b en 51d te onderzoeken terwijl het paar tweemaal tussen hun ster en de aarde passeerde. De derde wereld, 51c, sneed alleen de rand van de zon van het systeem af, hield de atmosfeer verborgen en maakte dus geen deel uit van de nieuwe studie.
De onderzoekers ontdekten dat beide planeten een signaal produceerden dat suggereerde dat kleine deeltjes, aerosolen genaamd, de atmosfeer domineerden. Deze aërosolen kunnen worden gemaakt door enorme wolkenbanken, of ze kunnen het teken zijn van een planeetomringende waas.
'Onze beste gok is dat we niet te maken hebben met een of andere vorm van wolkcondensatie', zei Roberts. 'Waar we waarschijnlijk mee te maken hebben, is een soort fotochemische waas waarvan we gewoon niet weten waar het van gemaakt is.'
In het zonnestelsel is de grootste maan van Saturnus, Titan, de enige die wordt gedomineerd door een waaslaag van koolwaterstoffen, hoogstwaarschijnlijk methaan en ethaan. De massieve maan kan inzicht geven in de superwolken, die een uitgebreide versie van de waas kunnen dragen.
'We kijken misschien naar een paar echt donzige Titans', zei Roberts. [Twilight Haze Shines Over Saturn's Big Moon Titan in Gorgeous Cassini Photo]
Suikerspin planeten
Het berekenen van de dichtheid van een planeet vereist een terugkeer naar de natuurkunde van de middelbare school. De dichtheid van een object is de massa gedeeld door het volume; het volume wordt bepaald door zijn straal. De nauwkeurige metingen van Hubble hielpen de onderzoekers om de massa van de exoplaneten beter te beperken. Om hun straal - en dus hun volume - te vinden, vergelijken wetenschappers de grootte van de planeet met zijn ster. Door opnieuw te kijken naar wat bekend was over de ster, konden Roberts en haar collega's een nauwkeurigere straal bepalen.
Kepler-51b heeft een massa die ongeveer twee keer zo groot is als die van de aarde en een straal die ongeveer zeven keer zo groot is, en hij draait elke 45 dagen om zijn ster. Met zijn 130-daagse baan is Kepler-51d een beetje groter, ongeveer 7,5 keer zo groot als de aarde met een straal van bijna tien keer die van onze planeet. De derde broer, Kepler-51c, heeft 85 dagen nodig om rond de ster te reizen en heeft ongeveer vier keer de straal van de aarde.
Door de bijgewerkte massa te combineren met de herziene straal, konden de onderzoekers berekenen dat de dichtheden van de planeten varieerden van 0,03 gram tot 0,06 gram per kubieke centimeter. Dat is een tiende zo dicht als Saturnus, de minst dichte planeet van het zonnestelsel, en een die in water zou drijven als je een badkuip zou vinden die groot genoeg was.
Uitzoeken wat dat in de praktijk zou betekenen, zou wat meer werk vergen, maar Roberts was vastbesloten.
Haar eerste gedachte was aan marshmallows. Ze smolt een batch in de magnetron, maar vond dat de witte lekkernijen nog steeds te dicht waren.
'Dat was gewoon een vreselijke puinhoop', zei ze tegen Space.com.
Voor haar aftrek van suikerspin ging ze naar een supermarkt en kocht containers suikerspin. Het vers gesponnen materiaal was niet compact genoeg, maar ze hoopte dat de voorverpakte kuipjes zouden werken. Ze mat het volume van de container en woog het materiaal om de dichtheid te berekenen, wat goed overeenkwam met de superpufjes.
'Ik heb zoveel van deze kuipen gekocht, de [kassier] had zoiets van, je moet wel een suikerspin-fan zijn', zei Roberts.
'Ik had zoiets van, het is voor de wetenschap.'
Jonge planeten
Waarom zijn deze werelden zo dicht? Roberts denkt dat hun jeugd een sleutelrol kan spelen. Planeten vormen zich terwijl stof en rotsen samenkomen om een wereld te bouwen. Wanneer de rotsachtige kern massief genoeg is, trekt zijn zwaartekracht lichter gas aan om een atmosfeer te creëren.
Volgens modellen vormden de drie super-puffs buiten de sneeuwlijn van hun systeem, de onzichtbare grens rond centrale sterren waar gas koud genoeg is om te condenseren in ijs. De planeten migreerden vervolgens naar binnen en bereikten hun huidige banen. Naarmate ze dichter bij de warme ster kwamen, smolt hun ijs en creëerde een gasachtige atmosfeer die begint uit te puilen.
Terwijl planeten warm beginnen door de botsingen die ze hebben gevormd, koelen ze na verloop van tijd af, waardoor materiaal samentrekt. Tegelijkertijd onttrekken stellaire winden een deel van hun atmosfeer. Volgens Roberts suggereren modellen dat in de komende 5 miljard jaar, wanneer het een beetje ouder is dan de aarde vandaag, 51b meer op een typische Neptunus-planeet zal lijken. Omdat het verder van de ster verwijderd is, zei ze dat "51d waarschijnlijk een beetje een vreemde eend in de bijt zal zijn, omdat het niet zoveel van zijn atmosfeer heeft weggenomen."
'Over een paar miljard jaar zullen we deze planeten kleiner zien dan ze nu zijn', zei Roberts.
Als je op een van de superwolken zou kunnen staan (ervan uitgaande dat het een rotsachtig oppervlak heeft), zou de druk van de atmosfeer waarschijnlijk verpletterend hoog zijn, zei Roberts. Je kunt beter hoger rondzweven in de atmosfeer waar de druk lager zou zijn, voegde ze eraan toe.
Vroeg in haar leven pochte de aarde waarschijnlijk haar eigen opgeblazen atmosfeer, zei ze, hoewel ze die waarschijnlijk heel snel verloor.
De wetenschappers zijn van plan hun onderzoek later deze zomer in te dienen voor publicatie.
Nu hebben we alleen de zoete werelden nodig om suikerspin-kleuren te dragen, zoals blauw, roze, paars of groen!
