Eksoplaneetta Kepler-1520b on niin lähellä isäntähtään, että se suorittaa kiertoradan hieman yli puolessa päivässä. Tässä läheisyydessä Kepler-1520b on vuorovesi lukittu painovoimavakauteen, pitäen planeetan puolet tähtiä kohti ja toinen puoli aina poispäin. Valitettavasti Kepler-1520b: lle, tämä järjestely muuttaa planeetan tähtipuolelta puolen sulan kiven ja magman merien kuumentavaksi massaksi, kiehuen hitaasti avaruuteen.
Vaikka Kepler-1520b ei ole pitkä tämän galaksin suhteen, tähtitieteilijät ovat innokkaita oppimaan lisää hajoavasta maailmasta, joka sijaitsee noin 2000 valovuoden päässä Maasta. Planeettien komeettamainen pölyn ja roskien pyrstö voisi tarjota käsityksen kaikkien galaksessa olevien planeettojen perustavanlaatuisesta muodostumisprosessista. Uudet kaukoputket, kuten NASA: n James Webbin avaruusteleskooppi, jonka on määrä käynnistää vuonna 2021, saattavat pystyä koettamaan pilven Kepler-1520b: n ja kahden muun hitaasti hajoavan maailman takana.
"Kokoonpano eksoplaneettajärjestelmässä voi olla huomattavasti erilainen kuin aurinkokunta", sanoo Arizonan osavaltion yliopiston eksoplaneettatutkija Eva Bodman. Kun yhä enemmän eksoplaneettoja löydetään, tähtitieteilijöitä hämmästää kuinka ainutlaatuinen aurinkokuntamme näyttää muilta planeetoilta, jotka kiertävät muita tähtiä. Bodman ryhtyi selvittämään, onko mahdollista mitata pienen, kivisen hajoavan eksoplaneetan koostumus tutkimalla sen jälkeen kulkevia roskia. Mutta siellä oli ongelma.
Kivisten elementtien sormenjäljen tarkkailu vaatii maailmojen tutkimista infrapunassa. Maapallolla sijaitsevat kaukoputket eivät ole riittävän herkkiä niiden havaitsemiseksi. Jäljelle jää vain NASA: n pian eläkkeelle jäävä Spitzerin avaruusteleskooppi ja SOFIA, teleskooppi, joka on ilmakehän yläpuolella Boeing 747: llä. sanoo. Mutta James Webbin, joka on suunniteltu tutkimaan eksoplaneettoja sekä infrapuna- että muinaisissa galakseissa ja maailmankaikkeuden kaikkein kaukaisimmissa kohteissa, pitäisi kyetä katsomaan jätepilvien läpi ja tunnistamaan joitain niiden aineosista.
James Webbin avaruusteleskooppi, jonka on tarkoitus käynnistää vuonna 2021, voisi olla tarpeeksi tehokas mittaamaan kivisten eksoplaneettojen sisustuskoostumuksia, kun tähdet ovat niiden revittyinä. (NASA) "Webb pystyisi mittaamaan eri mineraalien suhteelliset määrät", Bodman sanoo. "Tästä voidaan päätellä näiden planeettojen sisustuksen geokemia ennen kuin ne alkoivat hajoa." Bodman ja hänen ryhmänsä havainnot hajoavien eksoplaneettojen tutkimisesta toteutettiin, julkaistiin viime vuoden lopulla Astronomical Journal -lehdessä .
**********
Vuonna 2012 NASA: n Keplerin avaruusteleskoopin tietoja tarkastelevat tutkijat löysivät merkkejä siitä, että lämpö ja paine hidastuvat hitaasti maailmaan, Kepler-1520b. Seuraavina vuosina löydettiin vielä kaksi murskattua planeettaa tuhansien eksoplaneettojen joukosta, jotka Kepler ja sen laajennettu operaatio K2 löysivät. Ympäröimällä tähtensä vain muutamassa tunnissa, nämä kallioiset elimet ovat jopa 4200 astetta (7 640 astetta Fahrenheit) lämpötiloissa, jotka ovat lämmitettyä tähtiä kohti.
Äärimmäiset lämpötilat ohjaavat planeetan hajoamista. "Ilmapiiri on vain kivihöyryä", Bodman sanoo. "Se on planeetan puhdas lämpö, joka työntää pois tämän kivihöyry-ilmakehän."
Tähtien tuottama säteily työntää planeetan höyrystyneitä ilmapiiriä, jolloin syntyy pilvinen häntä. Vaikka Kepler ei pystynyt mittaamaan suoraan, kuinka suuret varjostetut planeetat olivat, simulaatiot viittaavat siihen, että ne ovat Kuun ja Marsin koon välillä. Mikä tahansa kompakti, ja hajoamisprosessi sammuu.
Nämä esineet eivät kuitenkaan aina olleet niin pieniä ja kutistuneet. Kepler-1520b: n ja kahden muun sen kaltaisen esineen uskotaan muodostuvan kaasu jättiläisiksi, minkä jälkeen ne muuttivat isäntätähteään kohti ja heidät poistettiin aina alas kallioiseen ytimeen.
Viime vuosina eksoplaneettojen tutkijat ovat edistyneet huomattavasti tutkimalla muiden tähtiä kiertävien suurten, kaasumaisten planeettojen ilmapiiriä. Suurimmassa osassa tätä materiaalia on runsaasti vetyä ja heliumia, ja se voidaan tunnistaa NASA: n Hubble-avaruusoteleskoopin avulla. Mutta kallioiset materiaalit kuuluvat eri osaan spektriä "aallonpituuksilla, joihin Hubble ei tällä hetkellä pysty saavuttamaan", sanoo Knicole Colon, NASA: n Goddardin avaruuslentokeskuksen tutkijaastrofysiikka Marylandissa, joka on tutkinut hajoavaa planeetta K2-22. "James Webbin kanssa voisimme mennä ulos noille aallonpituuksille."
Webbin avulla metsästääkseen esimerkiksi rautaa, hiiltä ja kvartsia, tähtitieteilijät saavat paremman käsityksen siitä, mitä tapahtuu kaukaisten maailmojen sisällä. "Jos kykenisimme havaitsemaan jonkin näistä piirteistä, voisimme sanoa varmuudella, mistä nämä kiviset ruumiset ovat tehty", Colon sanoo. "Se voisi ehdottomasti olla erittäin informatiivinen ymmärtämään kivisiä eksoplaneetteja yleensä."
Planeetteja muodostuu pöly- ja kaasupilvistä pilven syntymisen jälkeen. Tutkijoiden mielestä aurinkokunnan maailmat on luotu prosessilla, jota kutsutaan kivikiertoksi, jossa pienet pöly- ja kaasupitket tulevat yhdessä muodostamaan suurempia ja suurempia esineitä. Lopulta kaasu jättiläisten ytimet kasvavat riittävän massiivisiksi houkutellakseen jäljelle jäävää kaasua muodostaen paksu ilmakehänsä. Mutta tarkat vaiheet ovat edelleen vaikeita määritellä.
Muiden tähtiä ympäröivien planeettojen sisätilat vaihtelevat kyseisessä ympäristössä olevien elementtien mukaan. Näiden erojen selvittäminen voisi auttaa tutkijoita ymmärtämään paremmin planeetan muodostumisen houkuttelevia ensimmäisiä vaiheita.
Taiteilijan kuvaus kallioisesta, maapallon kokoisesta eksoplaneetasta, joka kiertää toista tähteä. (NASA Ames / JPL-Caltech / T. Pyle) "Ei ole mitään syytä siihen, että aurinkokunnan tulisi olla erilainen kuin eksoplaneettojen ja päinvastoin", Colon sanoo. "Olemme kaikki planeettoja, joten kaikki muodostuimme mahdollisesti samanlaisilla tavoilla. Näiden planeettojen ymmärtäminen on toinen askel prosessissa suurempaan kuvaan."
Mutta jopa samanlaisissa muodostumisprosesseissa Bodman epäilee, että muiden tähtiä ympäröivät planeetat eivät ehkä näytä niin tutuilta. "Exoplanet-järjestelmän koostumus voi olla huomattavasti erilainen kuin aurinkokunta", hän sanoo.
Vaikka Webb pystyy vain kiusaamaan tietoa eksoplaneettojen koostumuksesta, edistyneet instrumentit voivat yhtenä päivänä antaa hajoavien planeettojen paljastaa entistä enemmän itsestään. Kun planeettoja eroosioituu, tähtitieteilijät voisivat nähdä ennennäkemättömän kuvan sisätiloistaan, mahdollisesti ytimeen asti. "Teoriassa voimme tietää enemmän näistä eksoplaneetoista kuin edes maasta ja ehdottomasti enemmän kuin aurinkokunnan muilla planeetoilla", Bodman sanoo.
**********
Toisin kuin tähdet, jotka voivat paistaa kymmeniä miljardeja vuosia, murskatut maailmat pysyvät vain suhteellisen lyhyen ajan. Simulaatiot viittaavat siihen, että K2-22: n kaltaisilla planeetoilla on vain noin 10 miljoonaa vuotta ennen kuin ne tuhoutuvat kokonaan. Ja koska kaikki kolme maailmaa kiertävät tähtiä, jotka ovat miljardeja vuosia vanhoja, he eivät todennäköisesti ole olleet nykyisessä asemassaan kauan.
Bodman ja Colon ajattelevat tuomittujen planeettojen todennäköisesti muodostuneen kauas järjestelmästään ja muuttaneen sitten ajan myötä sisäänpäin. Vuorovaikutukset muiden planeettojen kanssa olisivat voineet heittää heidät kohtalokkaille suuntauksilleen, vaikka kaikki nämä kolme hajoavaa planeettaa ovat isäntähtiensä ainoat tunnetut satelliitit. Bodman sanoo, että on todennäköistä, että maailmat ovat vasta äskettäin aloittaneet läheisen tähtensä kiertoradan, mutta miten he sinne pääsivät, on avoin kysymys.
Hajoavan planeetan lyhyt käyttöikä - vain välähdys tähden pidemmässä elämässä - on luultavasti miksi niin vähän näistä maailmoista on löydetty. "Ne ovat ehdottomasti harvinaisia", Bodman sanoo.
Molemmat naiset ovat yhtä mieltä siitä, että on olemassa suuri mahdollisuus, että toinen tai kaksi hajoavaa eksoplaneettaa sisältyy Kepler-tietoihin, etenkin K2: n viimeisimmät tulokset. Ja äskettäin julkistettu Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), joka on jo löytänyt satoja uusia planeettoja, tuottaa vielä enemmän.
"Uskon, että kaiken seulominen vie jonkin aikaa, mutta toivon, että löydämme lisää", Colon sanoo.
