Exoplaneta Kepler-1520b este atât de aproape de steaua sa gazdă, încât completează o orbită în puțin peste jumătate de zi. La această apropiere, Kepler-1520b este blocat în mod corect într-o stabilitate gravitațională, păstrând o jumătate din planetă cu fața stelei și cealaltă jumătate cu fața în permanență. Din păcate, pentru Kepler-1520b, acest aranjament transformă partea stelară a planetei într-o masă agitată de roci topite și mări de magmă, care se fierb încet în spațiu.
Chiar dacă Kepler-1520b nu este mult timp pentru această galaxie, astronomii sunt dornici să afle mai multe despre lumea dezintegrare, poziționată la aproximativ 2.000 de ani-lumină de pe Pământ. Coada de praf și resturile de tip planetă ar putea oferi o perspectivă asupra procesului fundamental de formare a tuturor planetelor din galaxie. Noile telescoape, cum ar fi Telescopul spațial James Webb al NASA, programat să fie lansat în 2021, pot fi capabile să sondeze norul din spatele Kepler-1520b și alte două lumi care se dezintegrează lent.
"Compoziția într-un sistem exoplanet ar putea fi substanțial diferită de sistemul solar", spune Eva Bodman, o cercetătoare exoplanetă la Arizona State University. Pe măsură ce sunt descoperite tot mai multe exoplanete, astronomii sunt surprinși de aspectul unic al sistemului nostru solar de pe alte planete care orbitează alte stele. Bodman și-a propus să stabilească dacă a fost posibilă măsurarea compoziției unui exoplanet mic, stâncos, care se dezintegra, studiând resturile care călătoresc. Dar a fost o problemă.
Depistarea amprentei elementelor stâncoase necesită studierea lumilor în infraroșu. Telescoapele la sol nu sunt suficient de sensibile pentru a le observa, lăsând doar telescopul spațial Spitzer și SOFIA al NASA, un telescop purtat deasupra atmosferei la bordul unui Boeing 747. Niciun instrument nu are posibilitatea să caute materialul stâncos, Bodman spune. Dar James Webb, conceput pentru a studia exoplanetele în galaxii cu infraroșu, precum și în vechile galaxii și pe cele mai îndepărtate obiecte ale universului, ar trebui să poată privi printre norii de resturi și să identifice unele dintre ingredientele lor.
Telescopul spațial James Webb, programat să fie lansat în 2021, ar putea fi suficient de puternic pentru a măsura compozițiile interioare ale exoplanetelor stâncoase, întrucât sunt desprinse de stelele lor. (NASA) „Webb ar putea măsura abundențele relative ale diferitelor minerale”, spune Bodman. „Din aceasta, putem deduce geochimia din interiorul acestor planete înainte de a începe să se dezintegreze”. Constatările lui Bodman și ale echipei sale cu privire la fezabilitatea studierii exoplanetelor dezintegrare au fost publicate în Jurnalul Astronomic la sfârșitul anului trecut.
**********
În 2012, oamenii de știință care analizează datele de la telescopul spațial Kepler de la NASA au descoperit semne că o lume este mărunțită lent de căldură și presiune, Kepler-1520b. Alte două planete mărunțite au fost găsite în anii următori printre miile de exoplanete descoperite de Kepler și misiunea sa extinsă, K2. Înconjurându-și stelele în doar câteva ore, aceste corpuri stâncoase se mândresc cu temperaturi de până la 4.200 de grade Celsius (7.640 de grade Fahrenheit) pe regiunile supraîncălzite orientate spre stele.
Temperaturile extreme conduc la dizolvarea planetei. „Atmosfera este doar vapori de rocă”, spune Bodman. "Este căldura pură a planetei care împinge această atmosferă de vapori de rocă."
Radiația produsă de stele împinge împotriva atmosferelor vaporizate ale planetei, creând o coadă tulbure. Deși Kepler nu a reușit să măsoare direct cât de mari erau planetele învăluite, simulările sugerează că acestea se află între dimensiunea lunii și Marte. Orice mai compact și procesul de dezintegrare se oprește.
Aceste obiecte nu au fost întotdeauna atât de mici și zdruncinate. Se consideră că Kepler-1520b și celelalte două obiecte s-au format ca niște giganti de gaz, după care au migrat spre stelele gazdă și au fost dezbrăcați până la miezul stâncos.
În ultimii ani, oamenii de știință exoplanetari au făcut pași mari studiind atmosfera planetelor mari, gazoase, care orbitează alte stele. Cea mai mare parte a acestui material este bogată în hidrogen și heliu și poate fi identificată folosind Telescopul spațial Hubble al NASA. Însă materialele stâncoase se încadrează într-o parte diferită a spectrului, „în lungimi de undă pe care Hubble nu le poate atinge în prezent”, spune Knicole Colon, un astrofizician de cercetare de la Centrul de zbor spațial Goddard al NASA din Maryland, care a studiat planeta dezintegrare K2-22. „Cu James Webb, am fi capabili să ieșim la acele lungimi de undă.”
Folosind Webb pentru a căuta materiale precum fier, carbon și cuarț, astronomii ar înțelege mai bine despre ceea ce se întâmplă în lumile îndepărtate. „Dacă am putea detecta oricare dintre aceste caracteristici, am putea spune cu o anumită certitudine ce sunt făcute aceste corpuri stâncoase”, spune Colon. „Cu siguranță, aceasta ar putea fi foarte informativă pentru înțelegerea exoplanetelor stâncoase în general”.
Planetele se formează din norul de praf și gaze rămase după nașterea unei stele. Oamenii de știință cred că lumile sistemului solar au fost create printr-un proces cunoscut sub denumirea de acretion de pietricele, în care mici bucăți de praf și gaz se reunesc pentru a face obiecte mai mari și mai mari. În cele din urmă, miezurile gigantilor gazului cresc suficient de masiv pentru a atrage gaze rămase, formând atmosfera lor groasă. Dar pașii exacti rămân greu de fixat.
Interioarele planetelor din jurul altor stele ar varia în funcție de elementele găsite în acel mediu particular. Sortarea acestor diferențe i-ar putea ajuta pe cercetători să înțeleagă mai bine acești primii pași de formare a planetei.
Înfățișarea unui artist de un exoplanet rocky, de dimensiunea Pământului, orbitând pe o altă stea. (NASA Ames / JPL-Caltech / T. Pyle) „Nu există niciun motiv ca sistemul solar să fie diferit de exoplanetele și invers”, spune Colon. „Suntem cu toții planete, așa că ne-am format cu toții în moduri posibil similare. Înțelegerea acestor planete este un alt pas în proces către imaginea mai mare.”
Dar chiar și cu procese similare de formare, Bodman suspectează că planetele din jurul altor stele ar putea să nu pară atât de familiare. „Compoziția într-un sistem exoplanet ar putea fi substanțial diferită de sistemul solar”, spune ea.
Deși Webb va putea doar să scoată informații despre compoziția exoplanetelor, instrumentele avansate pot permite într-o zi să permită dezvăluirea planetelor și mai multe despre ei înșiși. Pe măsură ce planetele se erodează, astronomii ar putea arunca o privire inedită asupra interioarelor lor, eventual până în miez. „În teorie, am putea cunoaște mai multe despre aceste exoplanete decât despre Pământ și, cu siguranță, mai mult decât celelalte planete din sistemul solar”, spune Bodman.
**********
Spre deosebire de stele, care pot străluci zeci de miliarde de ani, lumile mărunțite se lipesc doar pentru un timp relativ scurt. Simulările sugerează că planetele precum K2-22 au doar aproximativ 10 milioane de ani înainte să fie distruse complet. Și pentru că toate cele trei lumi orbitează stele care au miliarde de ani, probabil că nu au stat prea mult timp în pozițiile lor actuale.
Ambii Bodman și Colon consideră că planetele condamnate s-au format probabil în sistemul lor și apoi au migrat spre interior în timp. Interacțiunile cu alte planete le-ar fi putut arunca pe traseele lor fatidice, deși toate aceste trei planete dezintegrare sunt singurii sateliți cunoscuți ai stelelor lor gazdă. Bodman spune că este posibil ca lumile să fi început recent doar o orbită strânsă a stelelor lor, dar cum au ajuns acolo rămâne o întrebare deschisă.
Viața scurtă a unei planete care se dezintegrează - doar o lovitură în viața mai lungă a unei stele - este probabil motivul pentru care atât de puține dintre aceste lumi au fost găsite. „Sunt cu siguranță rare”, spune Bodman.
Ambele femei sunt de acord că există șanse mari ca alte două sau două exoplanete de dezintegrare să fie conținute în datele Kepler, în special cele mai recente rezultate din K2. Și recent lansarea Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), care a găsit deja sute de planete noi, va produce și mai mult.
"Cred că va dura ceva timp pentru a trece prin toate, dar sper să găsim mai multe", spune Colon.
