Hvordan fire nyfødte exoplaneter bliver kogt af deres sol

Forskere fra Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) undersøgte skæbnen for den unge stjerne V1298 Tau og dens fire kredsende exoplaneter. Resultaterne viser, at disse nyligt fødte planeter er brændt af den intense røntgenstråling fra deres unge sol, hvilket fører til fordampning af disse planeters atmosfærer. De inderste planeter kunne fordampes ned til deres klippekerner, så der ikke er stemning tilbage.

Unge exoplaneter lever i et miljø med stor indsats:Deres sol producerer en stor mængde energisk røntgenstråling, typisk 1000 til 10, 000 gange mere end vores egen sol. Denne røntgenstråling kan opvarme exoplaneternes atmosfærer og nogle gange endda koge dem væk. Hvor meget af en exoplanets atmosfære, der fordamper over tid, afhænger af planetens egenskaber - dens masse, massefylde, og hvor tæt den er på sin stjerne. Men hvor meget kan stjernen påvirke, hvad der sker over milliarder af år? Dette er et spørgsmål, som astronomer ved AIP valgte at tage fat på i deres nyeste papir.

Det nyligt opdagede fire-planet-system omkring den unge sol V1298 Tau er et perfekt testleje til dette spørgsmål. Den centrale stjerne har omtrent samme størrelse som vores sol. Imidlertid, den er kun omkring 25 millioner år gammel, som er meget yngre end vores sol med sine 4,6 milliarder år. Den er vært for to tæt kredsende mindre planeter - nogenlunde på størrelse med Neptun - plus to planeter på størrelse med Saturn længere ude. "Vi observerede stjernens røntgenspektrum med Chandra-rumteleskopet for at få en idé om, hvor kraftigt de planetariske atmosfærer bestråles, " forklarer Katja Poppenhäger, hovedforfatteren af ​​undersøgelsen. Forskerne bestemte de fire exoplaneters mulige skæbner.

Efterhånden som stjerne-planetsystemet bliver ældre, stjernens rotation bremses. Rotationen er driveren for stjernens magnetisme og røntgenstråling, så langsommere rotation går hånd i hånd med svagere røntgenstråling. "Fordampningen af ​​exoplaneterne afhænger af, om stjernen snurrer hurtigt eller langsomt ned i løbet af de næste milliard år - jo hurtigere spin-down, jo mindre atmosfære går tabt, " siger ph.d.-studerende og medforfatter Laura Ketzer, som udviklede en offentlig tilgængelig kode til at beregne, hvordan planeterne udvikler sig over tid.

Beregningerne viser, at de to inderste planeter i systemet kan miste deres gasatmosfære fuldstændigt og blive til klippekerner, hvis stjernen snurrer langsomt ned, mens den yderste planet fortsat vil være en gaskæmpe. "For den tredje planet, det kommer meget an på hvor tung den er som vi ikke kender endnu. Måling af størrelsen af ​​exoplaneter med transitteknikken fungerer godt, men at bestemme planetens masser er meget mere udfordrende, " forklarer medforfatter Matthias Mallonn, som har opdateret systemets transitegenskaber ved hjælp af observationer med AIPs jordbaserede STELLA-teleskop.

"Røntgenobservationer af stjerner med planeter er en vigtig puslespilsbrik for os at lære om den langsigtede udvikling af exoplanetariske atmosfærer, " slutter Katja Poppenhäger. "Jeg er særligt begejstret for de muligheder, vi får gennem røntgenobservationer med eROSITA i løbet af de næste par år." eROSITA røntgenteleskopet, som delvist er udviklet af AIP, udfører observationer af hele himlen og vil give røntgenegenskaber for hundredvis af exoplanetværtsstjerner.