Det finns en typ av exoplanet som astronomer ibland kallar planeter för bomullsgodis eller superpuffar. De är mystiska, eftersom deras massor inte matchar deras extremt stora radier. De två egenskaperna innebär en planet med en extremt låg densitet.
I vårt solsystem finns det inget som dem, och det har varit förbryllande att hitta dem i avlägsna solsystem. Nu kanske ett par astronomer har räknat ut det.
Astronomerna är Anthony Piro från Carnegie University och Shreyas Vissapragada, på Caltech. Deras papper har titeln "Utforska om Super-puffs kan förklaras som ringade exoplaneter." Det publiceras i The Astronomical Journal.
"Vi började tänka, vad händer om dessa planeter inte alls är luftiga som bomullsgodis," sade Piro i ett pressmeddelande. "Tänk om superpuffarna verkar så stora eftersom de faktiskt är omgiven av ringar?"
Planetjägare har hittat över 4 000 bekräftade exoplaneter. Med noggrann observation kan astronomer begränsa exoplanetskarakteristika som täthet, massa, storlek och även om de befinner sig i deras stjärnas bebodliga zon. Men det finns inget riktigt sätt att avgöra om dessa avlägsna föremål har ringar.
Det skulle vara förvånande om ingen gjorde det. Alla gasjättarna och isjättarna i vårt solsystem har ringar, men bara Saturns är lätt att upptäcka.
Huvuddelen av exoplaneter upptäcks med transitmetoden. Det handlar om att noggrant observera en planet när den passerar mellan värdstjärnan och oss. Baserat på det lilla doppet i stjärnljus som planetens transitering orsakar, kan astronomer upptäcka en planet. Det är också hur de bestämmer en planets andra egenskaper, tillsammans med att titta på när stjärnan vinglar som svar på planetens rörelse.
Men transitmetoden kan inte säga astronomer om en planet har ringar. I ett tankeexperiment undrade astronomerna hur planeter som Saturnus skulle se ut för en avlägsen observatör.
"Vi började undra om du skulle titta tillbaka på oss från en avlägsen värld, skulle du känna igen Saturnus som en ringad planet, eller skulle det verkar vara en puffig planet för en främmande astronom?" Frågade Vissapragada.
I sitt papper säger forskarna "Ett användbart exempel att överväga är Saturn: i genomsnitt över säsongen, om en extern observatör mätte Saturns storlek under transport utan att redovisa ringar, skulle de underskatta dess verkliga täthet med ungefär en faktor av två."
De byggde på det tankeexperimentet med ett faktiskt experiment eller simulering. Forskarna simulerade en ringad planet som passerade framför solen, och hur det skulle se ut för en avlägsen astronom med de kraftfulla observationsinstrumenten. De studerade också de typer av material i ringarna som skulle påverka observationerna.
Resultaten blandades. Enligt deras arbete kan ringar förklara vissa puffplaneter, men inte alla. I sitt papper säger de: "Vi tycker att denna förklaring fungerar för några av superpuffarna, men för andra har det svårigheter." En del av förklaringen till dessa resultat inkluderar de föga spektra av puffplaneter.
I sitt papper säger författarna "Här överväger vi om de <puffplaneter> kan ha stora slutsatser eftersom de faktiskt är ringade. Detta skulle naturligtvis förklara varför super-puffs hittills bara har visat oöverträffade transportspektra. ” Normalt har en exoplanet ett spektra, men med ringar finns det inget.
Författarna fortsätter: ”Vi finner att den här hypotesen kan fungera i vissa fall men inte alla. Superpuffens närhet till sina moderstjärnor kräver ringar med en stenig snarare än isig komposition. ” Det sätter i sin tur gränserna för själva ringarna.
Och gränsen på radierna innebär att ringar kan förklara vissa puffplaneter, men inte alla. Enligt tidningen "gör det det utmanande att förklara storleken på Kepler 51b, 51c, 51d och 79d såvida inte ringarna består av poröst material." De tre Kepler 51-planeterna är alla puffplaneter, och de är de tre med de lägst kända tätheterna. Faktum är att även om de alla är Jupiter-planeter, är deras massor bara några gånger större än jordens.
I ett pressmeddelande förklarade medförfattaren Piro det på detta sätt: ”Dessa planeter tenderar att kretsa i närheten av sina värdstjärnor, vilket betyder att ringarna måste vara klippiga snarare än isiga. Men steniga ringradier kan bara vara så stora, såvida inte berget är mycket poröst, så inte alla superpuff skulle passa dessa begränsningar. ”
Materialet som utgör en stenig ring kan bara vara så tätt och kan bara göra upp ringar av en viss storlek. Om den är för tät och för avlägsen från planeten kommer den att kombineras till satelliter istället.
Forskarparet säger att minst tre observerade puffplaneter sannolikt kan förklaras med ringar: Kepler 87c och 177c samt HIP 41378f. Kepler 87c är lika stor som Neptun, men den är bara cirka 6,4 gånger så massiv som jorden. De andra två på sin lista har en liknande skillnad mellan storlek och massa.
Liksom många frågor inom astronomi har vi tyvärr inte den iakttagande kraften att ta reda på om denna forskning är korrekt. Markobservationer har kommit nära för ljusa mål, men värdstjärnorna för kända puffplaneter är för svaga. (Det enda undantaget är HIP 41278 f, som tillkännagavs som en ny puffplanet när författarparet slutförde denna artikel.) Vi måste liksom andra frågor inom astronomi vänta på att James Webb Space Telescope ska kasta lite ljus på problemet. Ingen aktuell observationsanläggning kan upptäcka ringar runt exoplaneter.
Om någon av dessa exoplaneter bekräftas ha ringar kommer det att vara en viktig utveckling. Jag kommer att ge astronomer en mycket bättre förståelse för hur planetsystemen bildades och hur de utvecklats.
Mer:
- Pressmeddelande: Vad händer om mystiska ”bomullsgodis” -planeter faktiskt sportringar?
- Forskningsdokument: Utforska om superpuffar kan förklaras som ringade exoplaneter
- Space Magazine: Är "Alien Megastructure" runt Tabby's Star egentligen en ringad gasjätt?
