Eksoplaneten Kepler-1520b er så nær sin vertsstjerne at den fullfører en bane på litt over et halvt døgn. I denne nærhet er Kepler-1520b tidlig låst i en gravitasjonsstabilitet, og holder den ene halvparten av planeten vendt mot stjernen og den andre halvparten vendt bort til enhver tid. Dessverre for Kepler-1520b, gjør dette arrangementet den stjernevenderede siden av planeten til en kvisende masse smeltet stein og magmahav, som sakte koker ut i verdensrommet.
Selv om Kepler-1520b ikke er lenge etter denne galaksen, er astronomer ivrige etter å lære mer om den desintegrerende verden, plassert rundt 2000 lysår fra Jorden. Planetenes kometlignende hale av støv og rusk kunne gi innsikt i den grunnleggende dannelsesprosessen for alle planeter i galaksen. Nye teleskoper, som NASAs James Webb romteleskop planlagt å bli lansert i 2021, kan være i stand til å undersøke skyen bak Kepler-1520b og to andre sakte oppløste verdener.
"Sammensetningen i et exoplanet-system kan være vesentlig forskjellig fra solsystemet, " sier Eva Bodman, en exoplanet-forsker ved Arizona State University. Etter hvert som flere og flere eksoplaneter blir oppdaget, blir astronomer truffet av hvor unikt solsystemet vårt ser ut fra andre planeter som kretser rundt andre stjerner. Bodman tok sikte på å avgjøre om det var mulig å måle sammensetningen av en liten, steinete, oppløst eksoplanett ved å studere ruskene som kjørte i kjølvannet. Men det var et problem.
Å oppdage fingeravtrykket til steinete elementer krever å studere verdenene i infrarød. Jordbaserte teleskoper er ikke følsomme nok til å oppdage dem, og etterlater bare NASAs snart pensjonerende Spitzer-romteleskop og SOFIA, et teleskop som bæres over atmosfæren om bord i en Boeing 747. Ingen av instrumentene har rekkevidden til å lete etter det steinete materialet, Bodman sier. Men James Webb, designet for å studere eksoplaneter i infrarøde så vel som eldgamle galakser og universets fjerneste objekter, skal kunne kikke seg gjennom skittenes skyer og identifisere noen av ingrediensene deres.
James Webb-romteleskopet, planlagt lansert i 2021, kan være kraftig nok til å måle interiørkomposisjonene til steinete eksoplaneter når de blir revet i stykker av stjernene deres. (NASA) "Webb vil kunne måle den relative mengden av forskjellige mineraler, " sier Bodman. "Fra det kan vi utlede geokjemien til det indre av disse planetene før de begynte å gå i oppløsning." Bodman og hennes teams funn om muligheten for å studere disintegrerende eksoplaneter ble publisert i Astronomical Journal sent i fjor.
**********
I 2012 fant forskere som gjennomgår data fra NASAs Kepler-romteleskop tegn til at en verden sakte blir strimlet av varme og trykk, Kepler-1520b. Ytterligere to strimlede planeter ble funnet i årene etter blant de tusenvis av eksoplaneter som ble oppdaget av Kepler og dets utvidede oppdrag, K2. Disse steinete kroppene sirkler stjernene sine på bare en håndfull timer, og kan skryte av temperaturer så høye som 4200 grader Celsius (7 640 grader Fahrenheit) på de overopphetede områdene som vender mot stjernene.
De ekstreme temperaturene driver planetens oppløsning. "Atmosfæren er bare steindamp, " sier Bodman. "Det er den rene varmen fra planeten som skyver av denne steindampatmosfæren."
Stråling produsert av stjernene skyver mot planetens fordampede atmosfærer, og skaper en overskyet hale. Selv om Kepler ikke var i stand til å direkte måle hvor store de innhyllede planetene var, antyder simuleringer at de er mellom størrelsen på månen og Mars. Enhver mer kompakt, og oppløsningsprosessen slås av.
Disse gjenstandene var imidlertid ikke alltid så små og skrumpede. Kepler-1520b og de to andre gjenstandene som den antas å ha dannet seg som gassgiganter, hvoretter de vandret inn mot vertsstjernene og ble strippet helt ned til den steinete kjernen.
I løpet av de siste årene har eksoplanettforskere gjort store fremskritt med å studere atmosfærene til store, gassformige planeter som kretser rundt andre stjerner. Det meste av dette materialet er rik på hydrogen og helium og kan identifiseres ved hjelp av NASAs Hubble-romteleskop. Men de steinete materialene faller på en annen del av spekteret, "i bølgelengder som Hubble for øyeblikket ikke kan nå, " sier Knicole Colon, en forskningsastrofysiker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Maryland som har studert den oppløsende planeten K2-22. "Med James Webb vil vi kunne gå ut til disse bølgelengdene."
Ved å bruke Webb til å jakte på materialer som jern, karbon og kvarts, ville astronomer få en bedre forståelse av hva som skjer i fjerne verdener. "Hvis vi var i stand til å oppdage noen av disse funksjonene, kunne vi med viss sikkerhet si hva disse steinete kroppene er laget av, " sier Colon. "Det kan definitivt være veldig lærerikt for å forstå steinete eksoplaneter generelt."
Det dannes planeter fra skyen av støv og gass som er igjen etter fødselen av en stjerne. Forskere tror solsystemets verdener ble skapt av en prosess kjent som rullesteinakresjon, der små biter av støv og gass samles for å lage større og større gjenstander. Etter hvert vokser kjernene til gassgigantene enorme nok til å tiltrekke restgass, og danner deres tykke atmosfære. Men de nøyaktige trinnene er fortsatt vanskelige å finne.
Interiøret i planeter rundt andre stjerner vil variere avhengig av elementene som finnes i det aktuelle miljøet. Å sortere gjennom disse forskjellene kan hjelpe forskere å bedre forstå de pirrende første trinnene i planetdannelse.
En kunstners skildring av en steinete, jordstørrelse eksoplanett som kretser rundt en annen stjerne. (NASA Ames / JPL-Caltech / T. Pyle) "Det er ingen grunn til at solsystemet skal være forskjellig fra eksoplaneter, og omvendt, " sier Colon. "Vi er alle planeter, så vi dannet oss alle muligens på lignende måter. Å forstå disse planetene er et annet skritt i prosessen til det større bildet."
Men selv med lignende formasjonsprosesser, mistenker Bodman at planeter rundt andre stjerner kanskje ikke ser så kjent ut. "Sammensetningen i et exoplanet-system kan være vesentlig forskjellig fra solsystemet, " sier hun.
Selv om Webb bare vil være i stand til å erte informasjon om eksoplanetsammensetning, kan avanserte instrumenter en dag tillate at disintegrerende planeter avslører enda mer om seg selv. Når planetene eroderer bort, kunne astronomer få et enestående blikk på interiøret, muligens ned til kjernen. "I teorien kunne vi vite mer om disse eksoplanetene enn til og med om jorden, og definitivt mer enn de andre planetene i solsystemet, " sier Bodman.
**********
I motsetning til stjerner, som kan skinne i flere titalls milliarder år, klistrer strimlede verdener bare rundt i relativt kort tid. Simuleringer antyder at planeter som K2-22 bare har omtrent 10 millioner år før de blir fullstendig ødelagt. Og fordi alle tre verdener går i bane rundt stjerner som er milliarder av år gamle, har de sannsynligvis ikke vært i sine nåværende posisjoner på veldig lenge.
Bodman og Colon tror begge de dødsdømte planetene sannsynligvis dannet seg langt ute i systemet sitt og deretter migrerte innover over tid. Samhandling med andre planeter kunne ha kastet dem på deres skjebnesvangre bane, selv om alle disse tre oppløsende planetene er de eneste kjente satellittene til vertsstjernene deres. Bodman sier det er sannsynlig at verdenene nylig har begynt en nær bane rundt stjernene sine, men hvordan de kom dit er fortsatt et åpent spørsmål.
Den korte levetiden til en oppløsende planet - bare en glipp i en stjerners lengre levetid - er sannsynligvis grunnen til at så få av disse verdenene er funnet. "De er definitivt sjeldne, " sier Bodman.
Begge kvinnene er enige om at det er en god sjanse for at ytterligere ett eller to oppløste eksoplaneter finnes i Kepler-dataene, spesielt de siste resultatene fra K2. Og den nylig lanserte Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), som allerede har funnet hundrevis av nye planeter, vil produsere enda mer.
"Jeg tror det vil ta litt tid å sile gjennom alt, men jeg håper vi finner mer, " sier Colon.
