Eksoplaneten Kepler-1520b er så tæt på sin værtstjerne, at den afslutter en bane på lidt over en halv dag. I denne nærhed er Kepler-1520b tidligt fastlåst i en gravitationsstabilitet, idet den ene halvdel af planeten vender mod stjernen og den anden halvdel vender væk på alle tidspunkter. Desværre for Kepler-1520b, forvandler dette arrangement den stjernevendende side af planeten til en skurrende masse af smeltet sten og magmahavene, som langsomt koges ud i rummet.
Selvom Kepler-1520b ikke er længe efter denne galakse, er astronomer ivrige efter at lære mere om den desintegrerende verden, placeret omkring 2.000 lysår fra Jorden. Planetenes kometlignende hale af støv og snavs kunne give indsigt i den grundlæggende dannelsesproces for alle planeter i galaksen. Nye teleskoper, såsom NASAs James Webb-rumteleskop, der planlægges lanceret i 2021, kan muligvis undersøge skyen bag Kepler-1520b og to andre langsomt opløselige verdener.
"Sammensætningen i et exoplanet-system kunne være væsentligt anderledes end solsystemet, " siger Eva Bodman, en exoplanet-forsker ved Arizona State University. Efterhånden som flere og flere eksoplaneter opdages, slås astronomer over, hvor unikt vores solsystem ser ud fra andre planeter, der kredser om andre stjerner. Bodman begyndte at bestemme, om det var muligt at måle sammensætningen af en lille, stenet, opløsende exoplanet ved at studere resterne, der kørte i dens kølvandet. Men der var et problem.
At opdage fingeraftrykket fra stenede elementer kræver at man studerer verdener i infrarød. Jordbaserede teleskoper er ikke følsomme nok til at få øje på dem og efterlader kun NASAs snart pensionerende Spitzer-rumteleskop og SOFIA, et teleskop, der er ført over atmosfæren ombord på en Boeing 747. Ingen af instrumenterne har rækkevidde til at se efter det stenede materiale, Bodman siger. Men James Webb, designet til at studere eksoplaneter i infrarøde såvel som gamle galakser og universets mest fjerne objekter, skulle være i stand til at kigge gennem skyer af affald og identificere nogle af deres ingredienser.
James Webb-rumteleskopet, der var planlagt til lancering i 2021, kunne være kraftigt nok til at måle de indre sammensætninger af klippede exoplaneter, når de bliver revet fra hinanden af deres stjerner. (NASA) "Webb ville være i stand til at måle den relative forekomst af forskellige mineraler, " siger Bodman. "Fra det, kan vi udlede geokemien i det indre af disse planeter, før de begyndte at gå i opløsning." Bodman og hendes teams konklusioner om muligheden for at studere desintegrerende eksoplaneter blev offentliggjort i Astronomical Journal sent i sidste år.
**********
I 2012 fandt forskere, der gennemgik data fra NASAs Kepler-rumteleskop, tegn på, at en verden langsomt blev makuleret af varme og tryk, Kepler-1520b. Yderligere to revne planeter blev fundet i de følgende år blandt de tusinder af exoplaneter, der blev opdaget af Kepler og dens udvidede mission, K2. Disse klippekropper kredser om deres stjerner på bare en håndfuld timer og kan prale af temperaturer så høje som 4.200 grader Celsius (7.640 grader Fahrenheit) på de overophedede regioner, der vender mod stjernerne.
De ekstreme temperaturer driver planetens opløsning. "Atmosfæren er bare klippedamp, " siger Bodman. "Det er den rene varme på planeten, der skubber denne stendampatmosfære af."
Stråling produceret af stjernerne skubber mod planetens fordampede atmosfærer og skaber en overskyet hale. Selvom Kepler ikke var i stand til direkte at måle, hvor store de indhyllede planeter var, antyder simuleringer, at de er mellem størrelsen på månen og Mars. Mere kompakt, og desintegrationsprocessen lukkes ned.
Disse genstande var imidlertid ikke altid så små og skrumpet. Kepler-1520b og de to andre genstande som den antages at have dannet sig som gasgiganter, hvorefter de vandrede ind mod deres værtsstjerner og blev strippet helt ned til den stenede kerne.
I de senere år har eksoplanetforskere gjort store fremskridt med at studere atmosfærerne i store, gasformige planeter, der kredser om andre stjerner. Det meste af dette materiale er rig på brint og helium og kan identificeres ved hjælp af NASAs Hubble-rumteleskop. Men de stenede materialer falder på en anden del af spektret, "i bølgelængder, som Hubble ikke i øjeblikket kan nå, " siger Knicole Colon, en forskningsastrofysiker ved NASA's Goddard Space Flight Center i Maryland, der har undersøgt den opløsende planet K2-22. "Med James Webb ville vi være i stand til at gå ud til disse bølgelængder."
Brug af Webb til at jage efter materialer som jern, kulstof og kvarts ville astronomer få en bedre forståelse af, hvad der foregår i fjerne verdener. "Hvis vi var i stand til at opdage nogen af disse funktioner, kunne vi med nogen sikkerhed sige, hvad disse klippekroppe er lavet af, " siger Colon. "Det kan bestemt være meget informativt til at forstå rocky exoplaneter generelt."
Planeter dannes fra skyen af støv og gas, der er tilbage efter fødslen af en stjerne. Videnskabsmænd mener, at solsystemets verdener blev skabt af en proces, der er kendt som rullestenak, hvor små bits af støv og gas mødes for at gøre større og større genstande. Til sidst vokser kerne i gasgiganterne massivt nok til at tiltrække rester af gas og danner deres tykke atmosfære. Men de nøjagtige trin er stadig vanskelige at fastlægge.
Det indre af planeter omkring andre stjerner vil variere afhængigt af de elementer, der findes i det særlige miljø. Sortering gennem disse forskelle kunne hjælpe forskere med at forstå de fristende første trin i planetdannelse.
En kunstners skildring af en stenet, jordstørrelse exoplanet, der kredser om en anden stjerne. (NASA Ames / JPL-Caltech / T. Pyle) "Der er ingen grund til, at solsystemet skal adskille sig fra eksoplaneter, og vice versa, " siger Colon. ”Vi er alle planeter, så vi alle dannede os på måske lignende måder. At forstå disse planeter er et andet trin i processen til det større billede.”
Men selv med lignende dannelsesprocesser mistænker Bodman, at planeter omkring andre stjerner muligvis ikke ser så velkendte ud. "Sammensætningen i et exoplanet-system kan være væsentligt anderledes end solsystemet, " siger hun.
Selvom Webb kun vil være i stand til at drille information om exoplanets sammensætning, kan avancerede instrumenter en dag tillade, at opløsende planeter afslører endnu mere om sig selv. Idet planeterne eroderer væk, kunne astronomer få et hidtil uset kig på deres interiør, muligvis ned til kernen. "I teorien kunne vi vide mere om disse eksoplaneter end endda om Jorden, og bestemt mere end de andre planeter i solsystemet, " siger Bodman.
**********
I modsætning til stjerner, der kan skinne i titusindvis af milliarder af år, klistres fragmenterede verdener kun rundt i relativt kort tid. Simuleringer antyder, at planeter som K2-22 kun har ca. 10 millioner år, før de bliver fuldstændigt ødelagt. Og fordi alle tre verdener krediterer stjerner, der er milliarder af år gamle, har de sandsynligvis ikke været i deres nuværende positioner i meget længe.
Bodman og Colon synes begge, at de dødsdømte planeter sandsynligvis dannede sig langt ude i deres system og derefter vandrede indad over tid. Interaktion med andre planeter kunne have kastet dem på deres skæbnesvangre bane, skønt alle disse tre opløsende planeter er de eneste kendte satellitter af deres værtsstjerner. Bodman siger, at det sandsynligvis er, at verdenerne for nylig først har startet en tæt bane om deres stjerner, men hvordan de kom dertil er stadig et åbent spørgsmål.
Den korte levetid på en opløsende planet - kun en blæse i en stjerners længere levetid - er sandsynligvis derfor, at der er så få af disse verdener fundet. ”De er bestemt sjældne, ” siger Bodman.
Begge kvinder er enige om, at der er en god chance for, at endnu en eller to desintegrerende exoplaneter er indeholdt i Kepler-dataene, især de seneste resultater fra K2. Og den for nylig lancerede Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), der allerede har fundet hundreder af nye planeter, vil producere endnu mere.
"Jeg tror, det vil tage nogen tid at sile igennem alt, men jeg håber, at vi finder mere, " siger Colon.
