Экзопланеты с плотностью как сахарная вата скрыты густым туманом, недосягаемым для телескопа Джеймса Уэбба

An artist's impression of the Kepler-51 system. (Image credit: NASA/ESA/L. Hustak, J. Olmsted, D. Player and F. Summers (STScI))

Астрономы столкнулись с головоломкой: экзопланеты системы Kepler-51 настолько лёгкие и наполнены атмосферой, что их плотность сравнима с сахарной ватой. Однако их густые туманные атмосферы делают невозможным определение их химического состава даже с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба.

Художественное изображение системы Kepler-51 с тремя экзопланетами и звездой

Система Kepler-51 состоит из четырёх планет, обращающихся вокруг молодой звезды на расстоянии 2615 световых лет от Земли. Три из них — 51b, 51c и 51d — по размеру сравнимы с Сатурном (около 7—10 радиусов Земли), но имеют массу в десятки раз меньше. Например, 51d в 9,7 раза крупнее Земли, однако её масса всего в 5,6 раза превышает земную, тогда как у Сатурна масса почти в 95 раз больше Земли.

Аномально низкая плотность этих экзопланет ставит под сомнение классические модели формирования планет. В то время как газовые гиганты, такие как Юпитер и Сатурн, имеют массивные ядра и массивные газовые оболочки, у планет Kepler-51 — миниатюрные ядра и огромные разреженные атмосферы, напоминающие структуру сахарной ваты.

Ранее команда под руководством Либби-Робертс пыталась изучить атмосферу 51d с помощью спектроскопа на телескопе Хаббл, но данные указывали на отсутствие чёткого сигнала — густой однородный туман покрывал планету, затрудняя определение состава атмосферы.

Недавние наблюдения с инфракрасным спектрометром NIRSpec телескопа Джеймса Уэбба показали, что даже длинноволновой свет не смог проникнуть сквозь плотный туман. Плотность тумана в атмосфере 51d превосходит все ранее задокументированные на экзопланетах показатели и напоминает по характеристикам атмосферу Титана — крупнейшего спутника Сатурна, однако масштабы здесь гораздо внушительнее.

Иллюстрация телескопа Джеймса Уэбба в космосе

Происхождение таких необычных планет остаётся предметом обсуждения: возможно, они сформировались далеко от своей звезды, а затем мигрировали внутрь системы. Возраст системы всего полмиллиарда лет, что в 9 раз моложе Земли. Пока звезда активна и излучает мощный звёздный ветер, планеты постепенно теряют газовые оболочки.

Через полтора миллиарда лет их гигантские атмосферы могут полностью испариться, оставив лишь компактные плотные ядра. Параллельно исследователи изучают атмосферу планеты 51b, чтобы выявить сходства или отличия в составе и структуре тумана. Если и 51b покрыта подобным туманом, это поможет лучше понять эволюцию всей системы Kepler-51. На данный момент эти экзопланеты продолжают оставаться сложной загадкой для астрономов и планетологов.