В Солнечной системе нет и пары одинаковых планет, однако мы можем разбить их на классы. Земля, Венера, Меркурий и Марс относятся к твердотельным мирам; Сатурн и Юпитер – газовые гиганты; Нептун и Уран – ледяные великаны, а Плутон и Церера являются обладателями скромного титула карликовых планет.

При всем разнообразии, в Солнечной системе нет ничего подобного тому, что обнаружили астрономы в системе звезды Kepler 51, расположенной в 2600 световых годах от нас.

Три планеты, вращающиеся вокруг нее, имеют невероятную особенность: их плотность ниже 0,1 грамма на кубический сантиметр – для сравнения, средняя плотность гусиного пера составляет 0,36 г/см³. Величина этих планет сопоставима с размером Юпитером, но при этом, их масса равна 1% от массы ближайшего к нам газового гиганта. Ученые сравнивают их плотность с сахарной ватой.

«Ватные» планеты были открыты еще в 2012 году, но только спустя два года была обнаружена их странно низкая плотность. Теперь, используя наблюдения космического телескопа «Хаббл», группа астрономов смогла определить, что происходит с атмосферой этих планет.

С помощью космического телескопа Хаббл ученые обнаружили странную особенность у трех планет, расположенных в системе Kepler 51. Определив массу и размер этих миров, исследователи выяснили, что их плотность сопоставима с плотностью сахарной ваты. Планеты выглядят массивными и громоздкими, как Юпитер, но в реальности они намного, намного легче нашего газового гиганта. Примерно раз в сто. Поэтому новый класс экзопланет получил название супер-пуфы (super-puffs).

Почему столь странные объекты существует и что происходит с их атмосферой – загадка. Поэтому для исследователей планеты системы Kepler 51, которой всего 500 миллионов лет, являются первоочередными объектами изучения.

Ученые искали доказательства присутствия на супер-пуфах такого компонента, как вода (особенно в атмосфере Kepler 51b и Kepler 51d). Большинство экзопланет, в том числе рассматриваемые супер-пуфы, изучаются с помощью метода, называемого транзитной фотометрией: астрономы изучают спектр излучаемого звездой света, когда экзопланета проходит перед ней. Изменение спектра во время транзита может многое рассказать о размерах и составе экзопланеты.

Исследователи предположили, что «пушистость» планетам придают легкие газы (например, водород и гелий). В атмосфере также присутствует метан, создающий дымку, затрудняющую изучение планет с помощью мощных телескопов. Подобное явление наблюдается на Титане – спутнике Сатурна, сквозь дымку в атмосфере которого ничего не видно.

Экзопланеты системы Kepler 51 были обнаружены транзитным методом, который основан на наблюдениях за прохождением планеты на фоне звезды. Во время транзита свет от звезды проходит через верхние слои атмосферы планеты. Изучая его спектр, можно обнаружить химические элементы, присутствующие в атмосфере планеты. Однако в случае с планетами Kepler 51, к удивлению ученых, анализ не показал никаких контрольных химических сигнатур.

«Это определенно заставило нас серьезно задуматься для объяснения того, что там происходит. Мы ожидали найти воду, но не смогли обнаружить сигнатуры хоть какой-нибудь молекулы», – Джессика Либби-Робертс, планетолог Калифорнийского университета (Боулдер).

Для того, чтобы попробовать прояснить ситуацию, ученые обратились к методу компьютерного моделирования. Они решили определить, какие атмосферные условия могут производить сочетание чрезвычайно низкой плотности и непрозрачной оболочки. Выяснилось, что лучше всего для таких условий подходит атмосфера, представляющая собой смесь водорода и гелия, окруженного слоем метана.

Нечто подобное астрономы уже наблюдали на Титане – спутнике Сатурна. Из-за толстого метанового слоя ученые не могли получить прямого изображения этого спутника до прибытия к Сатурну космического аппарата Кассини в 2004 году. Исследователи также обнаружили, что атмосфера планет системы Kepler 51 активно «испаряется» в космос. По их словам, это может объяснить, почему такой тип планет чрезвычайно редок. На сегодняшний день астрономам известны менее 15 «ватных» гигантов.

Поскольку эти странные планеты очень молоды – им около 400 миллионов лет – их «состояние сахарной ваты» может быть всего лишь временной стадией развития. Ученые предполагают, что на конечной стадии они станут мини-Нептунами – самым распространенным типом экзопланет в нашей галактике.

Ученые планируют продолжить наблюдения за системой Kepler 51, в том числе с помощью нового телескопа «Хеопс» (CHEOPS – Characterizing Exoplanet Satellite), который был выведен на орбиту Земли 18 декабря.

Найденные экзопланеты – пожалуй, самая странная находка современной астрономии. Астрономы утверждают, что найденные планеты, по-видимому, быстро испаряются из-за своего близкого расположения к звезде, грозя значительно уменьшиться в размерах в течение следующего миллиарда лет.

Система Kepler 51 – уникальное место уже хотя бы из-за невообразимой редкости обнаруженных в этой системе экзопланет. Известно, что до сих пор было зафиксировано менее 15 таких объектов, в то время как наша Солнечная система ничем подобным похвастаться не может.

Ученые считают, что найденные миры представляют собой своеобразную переходную фазу в эволюции планет из-за своего молодого возраста.

Исследователи надеются, что обнаруженные миры помогут человечеству увидеть процессы, которые однажды происходили и во время формирования Солнечной системы, пролив свет на те из них, которые долгое время оставались недоступными для астрономов и планетологов.

В Солнечной системе нереально встретить такие небесные тела, так как даже пылевые образования в некоторых местах имеют большую плотность.

Очень «пухлые» планеты – огромная редкость. Ученые предполагают, что они образовались намного дальше от собственной звезды, за пределами «снеговой линии», а сейчас мигрируют внутрь системы, теряя свою ледяную составляющую, сбрасывая в окружающее пространство миллиарды тонн вещества за секунду. Их результаты согласовывались с до этого измеренными для Kepler-51b. В конце концов, значительно меньшие планеты могут просто раствориться.

После этого планеты мигрировали внутрь, одна за другой. Ежели этот процесс будет продолжаться довольно долго, то планеты безумно уменьшатся в размерах. При этом, согласно наблюдениям ученых, эти планеты поэтапно «испаряются» из-за очень близкого расположения к собственной звезде.

Ученые говорят об открытии нового класса сверхлегких планетных тел, которые, возможно, представляют собой кратковременную переходную фазу в эволюции планет. Их огромные размеры связаны с наличием мощного слоя атмосферы, состоящей из водорода и гелия с примесью метана. Во внешних слоях атмосферы ученые не обнаружили воду.

«Это было совершенно неожиданно, – приводятся в пресс-релизе Колорадского университета в Боулдере слова первого автора статьи Джессики Либби-Робертс (Jessica Libby-Roberts). – Мы планировали наблюдать за крупными водосодержащими молекулами, но их просто не было».

Нижние слои недоступны для наблюдений из-за метановой дымки и плотных облаков, непрозрачных для приборов. Возможно, эти облака насыщены мелкими кристаллами соли, также как облака Титана – самого крупного спутника Сатурна.

Сравнивая спектры трех планет Kepler-51 между собой и с другими газовыми планетами за пределами Солнечной системы, авторы пришли к выводу, что образование облаков, или дымки связано с температурой планеты – чем больше остывает планета, тем более мутной она становится.

Сама система Kepler-51 очень молодая – ей всего 500 миллионов лет (для сравнения возраст Солнечной системы – более 4,5 миллиардов). Ее планеты еще находятся в стадии развития.

Ученые предполагают, что они образовались намного дальше от своей звезды, за пределами «снеговой линии», а теперь мигрируют внутрь системы, теряя свою ледяную составляющую, сбрасывая в окружающее пространство миллиарды тонн вещества в секунду. Если этот процесс будет длиться достаточно долго, то планеты сильно уменьшатся в размерах.

По расчетам ученых, ближайшая к звезде планета Kepler-51b через миллиард лет будет выглядеть как уменьшенная и более горячая версия Нептуна. Подобный тип планет – самый распространенный по всему Млечному Пути. А Kepler-51d, расположенная дальше от звезды, скорее всего, так и останется сверхлегкой гигантской планетой, хотя и потеряет часть своей атмосферы.

«Эта система представляет собой уникальную лабораторию для проверки теорий ранней эволюции планет», – говорит еще один автор исследования Закори Берта-Томпсон (Zachory Berta-Thompson).

Ученые надеются, что космический телескоп «Джеймс Уэбб», который заменит на орбите «Хаббл», с его большей чувствительностью к длинным инфракрасным волнам, позволит детальнее изучить состав сверхлегких планет.

Наша Солнечная система содержит три типа планет: скалистые планеты земного типа, такие как Земля и Марс, газовые гиганты, такие как Юпитер и Сатурн, и ледяные гиганты, такие как Уран и Нептун. Во время поиска экзопланет учеными были обнаружены еще три: лавовые, газовые карлики и протопланеты.

Новый тип планет, открытый Хабблом, открывает двери к новому классу – раздутые суперлегкие планеты со сверхнизкой плотностью – меньше 0,1 грамма на кубический сантиметр. Под этот класс подпадают сразу три планеты, вращающиеся вокруг звезды Kepler 51.

Несмотря на то, что по размерам они достигают Юпитера, они примерно в 100 раз его легче. Если бы человек оказался на поверхности такой планеты, то она его бы просто не выдержала, и он бы провалился к самому ядру сквозь рыхлую толщу.

Планеты оказались такими раздутыми из-за расширения их атмосфер, состоящих из самых легких элементов во Вселенной – водорода и гелия, что делает их состав похожим на звездный. Однако у ученых нет однозначного ответа на то, что заставило атмосферы вести себя таким образом.

Одна из озвученных теорий состоит в том, что «отечность» планет связана с молодым возрастом планетной системы, которой всего 500 миллионов лет.

Планеты, возможно, сформировались на далеком расстоянии от своей звезды и со временем мигрировали внутрь. По мере того, как планеты приближаются к звезде, они в конечном итоге теряют атмосферу, которая делает их такими большими. По оценкам ученых, планета, близкая к Kepler 51, в конечном итоге через 1 миллиард лет превратится в планету, называемую горячим Нептуном.

Возможно, что необычная пухлость – это одна из стадий планетарной эволюции, которую ученые просто раньше не замечали. Исследователи предсказывают, что самая отдаленная планета, Kepler 51d, «будет оставаться самой странной планетой низкой плотности миллиарды лет».