Winna gwiazda czy jądro? Skąd brak egzoplanet o rozmiarach od 1,5 do 2 średnic Ziemi

[KopalniaWiedzy.pl 358]

Teleskop Kosmiczny Keplera przeszedł na emeryturę w 2018 roku, ale dostarczone przez niego dane wciąż służą nauce. To właśnie one zostały wykorzystane przez autorów nowej analizy, którzy znaleźli mocne dowody na poparcie jednej z hipotez dotyczących braku egzoplanet o rozmiarach pomiędzy superZiemią a mini-Neptunem. Wszystko wskazuje na to, że planety takie kurczą się, gdyż oddziaływanie ich jąder prowadzi do utraty atmosfery.

Egzoplanety, czyli planety znajdujące się poza Układem Słonecznym, mają różne rozmiary. Od niewielkich planet skalistych po gazowe olbrzymy. Astronomowie zauważyli jednak podejrzany brak planet o rozmiarach od 1,5 do 2 średnic Ziemi, zatem mieszczących się pomiędzy superZiemiami a mini-Neptunami. Dotychczas potwierdzono istnienie ponad 5000 egzoplanet, ale planet o rozmiarach od 1,5 do 2 średnic Ziemi jest mniej niż się spodziewano. Mamy wystarczająco dużo danych by potwierdzić, że nie jest to błąd statystyczny. Musi istnieć przyczyna, dla której planety nie mogą osiągnąć takich rozmiarów lub pozostać tej wielkości, mówi doktor Jessie Christiansen, która jest głównym naukowcem należącego do NASA Exoplanet Archive i główną autorką najnowszych badań.

Naukowcy sądzą, że przyczyną takiego stanu rzeczy jest fakt, że niektóre planety o rozmiarach mniejszych niż Neptun, mogą tracić z czasem atmosferę. Proces taki może zajść, jeśli planeta nie ma wystarczająco dużej masy, a zatem i grawitacji, by atmosferę utrzymać. Wówczas takie planety skurczą się do rozmiarów superZiemi, przez co będziemy obserwowali mniej niż  należy się spodziewać planet o rozmiarach bliskich 2-krotniej średnicy Ziemi.

Zagadką pozostaje jednak mechanizm utraty atmosfery. Naukowcy wysunęli dwie hipotezy. Jedna mówi o fotoewaporacji, druga zaś o utracie z powodu oddziaływania jądra planety. Zatem w jednym przypadku mielibyśmy do czynienia z czynnikiem zewnętrznym, a w drugim – wewnętrznym. Badania prowadzone przez zespół Christiansen dostarczają dowodów na prawdziwość drugiej z hipotez.

Fotoewaporacja ma miejsce, gdy planeta jest odzierana z atmosfery w wyniku oddziaływania gwiazdy macierzystej. Wysokoenergetyczne promieniowanie z gwiazdy działa jak suszarka na kostkę lodu, wyjaśnia Christiansen. Druga z hipotez mówi, że to silne oddziaływanie jądra pozbawia planetę atmosfery. O ile jednak uważa się, że fotoewaporacja zachodzi w ciągu pierwszych 100 milionów lat istnienia planety, to utrata atmosfery z powodu oddziaływania jądra może mieć miejsce bliżej 1. miliarda lat od powstania układu planetarnego.

Uczona i jej zespół wykorzystali dane z K2, rozszerzonego programu misji Kepler Space Telescope i przyjrzeli się gromadom gwiazd Ul oraz Hiady. To gromady otwarte, w wieku od 600 do 800 milionów lat. Jako że planety mają mniej więcej tyle samo lat co ich gwiazdy macierzyste, można stwierdzić, że znajdujące się w tych gromadach mini-Neptuny są w wieku, w którym fotoewaporacja atmosfery mogła już mieć miejsce, ale są jeszcze zbyt młode, by ewentualnie utracić atmosferę w wyniku oddziaływania jądra.

Okazało się, że w obu gromadach istnieje wiele – w porównaniu ze starszymi gwiazdami w innych gromadach – planet mniejszych od Neptuna. Ich rozmiary wskazują, że wciąż mają one atmosferę. To zaś oznacza, że nie utraciły jej w wyniku fotoewaporacji i można się spodziewać, że mechanizm jej utraty związany będzie z oddziaływaniem jądra.

« powrót do artykułu