По мере открытия новых планет за пределами Солнечной системы в астрономическом каталоге появляется всё больше удивительных и необъяснимых объектов. «Горячие Юпитеры», которые находятся настолько близко к своим звёздам, что расстояние между ними в десятки раз меньше, чем между Меркурием и Солнцем. Планеты с кратными орбитами, которые обращаются вокруг двух и более звёзд. «Супер-Земли», покрытые мощным слоем воды – настолько горячей, что она ведёт себя как жидкость и газ одновременно. Особый интерес учёных привлекают планеты «супер-паффы» – до невозможного лёгкие для своих колоссальных пропорций.
«Супер-паффы» – относительно новое и редкое явление: среди тысяч планет, открытых за всю историю исследования космоса, их наберётся не более дюжины. Аспирант Колорадского университета в Боулдере Джессика Либби-Робертс пояснила, что эти рыхлые миры напоминают комок сладкой ваты размером с Юпитер. По расчётам исследователей, их плотность составляет менее 0,1 грамма на см3. «Супер-паффы» действительно похожи на сладкое лакомство: в десятки раз более воздушное и невесомое, чем газовые гиганты вроде Юпитера. Учёные предполагают, что такую воздушность планеты может объяснить огромный слой лёгкой атмосферы, границы которых уходят далеко в космос – гораздо дальше, чем у твердотельных планет и известных науке газовых гигантов. Несмотря на многочисленные попытки объяснить природу сахарноватных планет, само их существование несколько противоречит общепринятым теориям формирования планет.
В 2016 году специалисты выдвинули предположение, что «супер-паффы» зарождаются в виде ледяных миров вдалеке от своих солнц. Низкие температуры способствуют быстрому наращиванию объёмной атмосферы. Затем по каким-то причинам их орбиты передвигаются ближе к центру их домашних систем. Чтобы доказать эту гипотезу, учёные взялись за изучение данных с телескопа Hubble. Они ожидали обнаружить в атмосфере таких планет огромное количество пара, который образовался бы при испарении ледяного ядра по мере приближения к звезде. Ко всеобщему удивлению, им не удалось заметить даже признаков существования молекул воды.
Объектом исследования была система звезды Kepler-51, в которой представлены сразу три «невозможных» планеты. Две из них периодически проходят по диску своего солнца, что влияет на уровень наблюдаемой светимости звезды. Во время транзита атмосфера планет просвечивается светом звезды. Различные молекулы по-разному блокируют свет, потому в разных спектрах света планета может выглядит меньше или крупнее. На основе этих данных специалисты могут сделать вывод о химическом составе атмосферы.
«Супер-паффы» системы Kepler-51 выглядели совершенно идентичными во всех спектрах света. Такая монотонность может свидетельствовать о том, что в составе их рыхлых атмосфер нет ничего, кроме водорода и гелия. Это открытие прямо противоречит ключевой гипотезе, которая могла бы объяснить их природу. Исследователи не исключают, что причиной такой монотонности атмосферы могут быть плотные облака в её верхних слоях, которые блокируют свет и не позволяют телескопу увидеть следы воды в нижних слоях. В качестве аналогии Либби-Робертс привела пример спутника Сатурна – Титана: сверхплотные облака метана и этана скрывают от глаз его внутреннюю структуру.
Пока прошлое сахарноватных планет остаётся за завесой тайны, учёные пытаются предсказывать их будущее. Согласно расчётам экспертов, «супер-паффы» не смогут навсегда сохранить свою лёгкость и воздушность. Изучаемые сверхлёгкие гиганты обращаются слишком близко к своему солнцу, теряя миллиарды тонн вещества. С такой скоростью потери вещества один из «супер-паффов» через какие-то 5 миллиардов лет станет более плотным и превратится в более привычный тип экзопланет, известный как Мининептун или газовый карлик. Другой, вероятнее всего, сохранит низкую плотность атмосферы, но значительно уменьшится в размере, потеряв почётный статус «супер-паффа». По мнению специалистов, система Kepler-51 представляет собой образец мира с весьма молодыми, по меркам Вселенной, планетами. Вероятно, они находятся лишь в начале пути формирования своего окончательного вида. При этом их возраст составляет не более миллиарда лет.
Другая группа учёных считает, что загадочные «супер-паффы» – не более чем иллюзия. В начале 2019 года Лиль Ванг и Фей Дай опубликовали исследование, в котором они рассмотрели возможность получения ложного впечатления о размере сахарноватных планет. Специалисты предположили, что на измерения могли повлиять несколько факторов, например, наличие облаков или колец из пыли и льда вокруг изучаемых объектов. В ноябре 2019 года эту теорию проверили учёные из Института Карнеги и Калифорнийского технологического института. Некоторые «супер-паффы» действительно оказались экзопланетами с обширными системами колец. Чтобы выяснить природу остальных рыхлых миров, астрономы ожидают поступления данных с космического телескопа James Webb, который займёт место телескопа Hubble в 2021 году. Аппарат обладает достаточной мощностью, чтобы детально рассмотреть удалённые экзопланеты и даже их спутники, и наконец разгадать секрет «супер-паффов».
