دو سیاره با چگالیهای تقریباً پایینترین مقادیر ثبتشده تاکنون، در فاصلهای بیش از ۱۰۰۰ سال نوری از زمین کشف شدهاند. اگرچه پیش از این نیز سیارات موسوم به «سوپر-پاف» (Super-Puff) دیده شده بودند، اما این کشف بهویژه غیرمنتظره است، زیرا هر دو سیاره به دور یک ستاره مشترک میچرخند و همچنین در مقایسه با بسیاری از نمونههای مشابه، داغ و بسیار نزدیک به ستاره خود نیستند.
چگالی متوسط زمین ۵.۵۱ گرم بر سانتیمتر مکعب است و پس از عطارد، چگالترین سیاره منظومه شمسی محسوب میشود. سیارات غولگازی مانند مشتری و زحل چگالی بسیار کمتری دارند، زیرا از گازهای سبک اطراف یک هسته نسبتاً کوچک تشکیل شدهاند؛ چگالی مشتری ۱.۳۳ و زحل حتی کمتر از آب است.
با کشف سیارات فراخورشیدی، انتظار میرفت که دامنه چگالیها گستردهتر شود، اما میزان این گسترش برای دانشمندان شگفتانگیز بوده است.
در سال ۲۰۲۲ سیارهای کشف شد که چگالی آن به حدی پایین بود که با «مارشمالو» مقایسه شد. این سیاره با چگالی فقط ۰.۲۷ گرم بر سانتیمتر مکعب، کمتر از نصف چگالی زحل است و اگر امکان داشت در ظرفی بزرگ قرار گیرد، روی شکلات داغ شناور میماند.
اما کشفیات به همینجا ختم نشد. بعدها سیاراتی شناسایی شدند که چگالی آنها حتی از «پنبهنبات» (یا آبنبات ابری) نیز سبکتر توصیف شده است.
اگرچه هنوز بهطور کامل مشخص نیست این سیارات چگونه به این شکل درآمدهاند، یک ویژگی مهم آنها این است که بیشترشان در نزدیکی ستاره خود قرار دارند و گرمای شدید باعث «پفکردن» جو آنها میشود. اما همین موضوع یک تناقض ایجاد میکند، زیرا حداقل یکی از این سیارات در مداری قرار دارد که نباید به اندازه سایر نمونههای داغ، دمای بسیار بالا داشته باشد.
سامانه TOI-791 این ابهام را بیشتر کرده است. سیاره TOI-791b چگالی حدود ۰.۰۳۸ گرم بر سانتیمتر مکعب دارد که تقریباً برابر رکورددار فعلی است و TOI-791c نیز با چگالی ۰.۰۴۷ هنوز کمتر از یک درصد چگالی زمین است. با وجود اینکه هر دو سیاره به ستاره خود نزدیکتر از فاصله زمین تا خورشید هستند و ستاره TOI-791 نیز درخشان است، اما همچنان مانند دیگر سوپر-پافهای داغ، در معرض گرمای شدید قرار ندارند.
با این حال، این دو از بزرگترین سیاراتی هستند که تاکنون با چگالی کمتر از ۰.۰۵ گرم بر سانتیمتر مکعب کشف شدهاند. جرم آنها بیشتر شبیه سیارات سنگی با قطری ۲ تا ۳ برابر زمین است، نه غولهای گازی عظیم.
یکی از پژوهشگران دانشگاه آکسفورد گفته است: «فقط تعداد کمی از این سیارات فوقپفکرده شناخته شدهاند و پیدا کردن دو مورد در یک منظومه بسیار نادر است. چگالی بسیار پایین آنها آنها را به اهدافی جذاب برای درک شکلگیری و تکامل سیستمهای سیارهای تبدیل میکند.»
برای تعیین چگالی یک سیاره فراخورشیدی، باید هم جرم آن (از طریق اثر گرانشی بر ستاره) و هم اندازه آن (از میزان نوری که هنگام عبور از مقابل ستاره میگیرد) مشخص شود. در برخی موارد تنها یکی از این دو مقدار در دسترس است و چگالی دقیق قابل تعیین نیست.
اما در مورد TOI-791b و c، هر دو روش رصدی به کار گرفته شده است؛ از جمله دادههای تلسکوپ فضایی TESS و تأیید با اثر دوپلر در نور ستاره TOI-791. همچنین رصدخانه ASTEP در قطب جنوب با استفاده از شبهای طولانی قطبی توانسته عبور کامل این سیارات را ثبت کند و دقت اندازهگیری را افزایش دهد.
یکی از پژوهشگران دانشگاه بیرمنگام گفته است: «این سامانه یک آزمایشگاه منحصربهفرد برای مطالعه شکلگیری و تکامل سیارات سوپر-پاف است. ما پیشنهاد کردهایم با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب بررسی کنیم که آیا جو این سیارات شامل عناصر کربن، نیتروژن و اکسیژن است یا نه، که میتواند سرنخهای جدیدی درباره منشأ آنها بدهد.»
توضیح رایج برای سیارات بسیار کمچگال این است که آنها ابتدا در فاصلهای دور از ستاره شکل گرفتهاند، جایی که هیدروژن و هلیوم فراوانتر است، سپس به سمت داخل مهاجرت کردهاند و در اثر گرما «پف» کردهاند. اینکه دو سیاره این مسیر را با هم طی کرده باشند، این فرضیه را تقویت میکند؛ موضوعی که با نسبت ۵ به ۳ در دوره مداری آنها نیز همخوانی دارد.
به گفته یکی از پژوهشگران، «این سامانههای چندسیارهای پیچیده هستند و تعاملات گرانشی آنها در طول زمان بسیار طولانی تغییر میکند.»
این پیچیدگی هم میتواند توضیح شکلگیری را دشوارتر کند و هم در صورت حل شدن، اطلاعات بسیار ارزشمندی درباره فرآیند تشکیل سیارات در اختیار ما قرار دهد.
همچنین برخی از این سیارات در اطراف ستارههای بسیار جوان قرار دارند و ممکن است هنوز در حال انقباض باشند. سن ستاره TOI-791 هنوز بهطور دقیق مشخص نشده و میتواند نقش مهمی در حل این معما داشته باشد.
