Krympende planeter kunne forklare mysteriet om universer, der mangler verdener

Der har været et gennembrud i tilfældet med de forsvundne planeter.

Mens planetjagtmissioner har opdaget tusindvis af verdener, der kredser om fjerne stjerner, der er en alvorlig mangel på exoplaneter, der måler mellem 1,5 og to gange Jordens radius. Det er mellemvejen mellem stenede superjorder og større, gasindhyllede planeter kaldet mini-Neptunes. Siden opdagelsen af ​​dette 'radiusgab' i 2017, videnskabsmænd har fundet ud af, hvorfor der er så få mellemstore himmellegemer.

Det nye spor opstod fra en frisk måde at se data på. Et team af forskere ledet af Flatiron Institute's Trevor David undersøgte, om radiusgabet ændrer sig, efterhånden som planeterne ældes. De delte exoplaneter op i to grupper – unge og gamle – og revurderede kløften. De mindst almindelige planetradier fra det yngre sæt var i gennemsnit mindre end de mindst almindelige fra det ældre sæt, de fandt. Mens den knappe størrelse for yngre planeter var omkring 1,6 gange Jordens radius, det er omkring 1,8 gange Jordens radius i ældre aldre.

Implikationen, forskerne foreslår, er, at nogle mini-Neptuner krymper drastisk over milliarder af år, når deres atmosfære siver væk, efterlader kun en solid kerne. Ved at miste deres gas, mini-Neptunerne "springer" planetens radiusgab og bliver til superjorder. Som tiden går, radiusgabet skifter, efterhånden som større og større mini-Neptunes springer, forvandles til større og større superjorder. Kløften, med andre ord, er kløften mellem de største superjorder og de mindste mini-Neptuner, der stadig kan bevare deres atmosfærer. Forskerne rapporterer deres resultater 14. maj i Det astronomiske tidsskrift .

"Det overordnede punkt er, at planeter ikke er de statiske sfærer af sten og gas, vi nogle gange har en tendens til at tænke på dem som, " siger David, en forsker ved Flatiron Institute's Center for Computational Astrophysics (CCA) i New York City. I nogle tidligere foreslåede modeller for atmosfæretab, "nogle af disse planeter var 10 gange større i begyndelsen af ​​deres liv."

Resultaterne giver troværdighed til to tidligere foreslåede mistænkte i sagen:resterende varme fra planetdannelse og intens stråling fra værtsstjernerne. Begge fænomener tilføjer energi til en planets atmosfære, får gas til at slippe ud i rummet. "Sandsynligvis er begge effekter vigtige, " siger David, "men vi får brug for mere sofistikerede modeller for at fortælle, hvor meget hver af dem bidrager med og hvornår" i planetens livscyklus.

Artiklens medforfattere inkluderer CCA-forsker Gabriella Contardo, CCA associeret forsker Ruth Angus, CCA associeret forsker Megan Bedell, CCA-associeret forsker Daniel Foreman-Mackey og CCA-gæsteforsker Samuel Grunblatt.

Den nye undersøgelse brugte data indsamlet af Kepler-rumfartøjet, som målte lyset fra fjerne stjerner. Når en exoplanet bevæger sig mellem en stjerne og Jorden, det observerede lys fra stjernen dæmpes. Ved at analysere, hvor hurtigt planeten kredser om sin stjerne, stjernens størrelse, og omfanget af dæmpningen, astronomer kan estimere exoplanetens størrelse. Disse analyser førte i sidste ende til opdagelsen af ​​radiusgabet.

Forskere har tidligere foreslået et par potentielle mekanismer for kløftens skabelse, hvor hver proces finder sted over en anden tidsskala. Nogle mente, at kløften opstår under planetdannelse, når nogle planeter dannes uden nok nærliggende gas til at puste deres størrelse op. I dette scenarie, planetens radius, og derfor radiusgabet, ville blive præget ved fødslen. En anden hypotese var, at kollisioner med rumsten kunne sprænge en planets tykke atmosfære væk, forhindrer mindre planeter i at akkumulere masser af gas. Denne påvirkningsmekanisme ville tage omkring 10 millioner til 100 millioner år.

Andre potentielle mekanismer kræver mere tid. Et forslag er, at intens røntgenstråling og ultraviolet stråling fra en planets værtsstjerne fjerner gas med tiden. denne proces, kaldet fotofordampning, ville tage mindre end 100 millioner år for de fleste planeter, men kunne tage milliarder af år for nogle. Et andet forslag er, at restvarme fra en planets formation langsomt tilføjer energi til planetens atmosfære, får gas til at flygte ud i rummet over milliarder af år.

David og hans kolleger startede deres undersøgelse ved at se nærmere på selve hullet. Det kan være svært at måle størrelsen af ​​stjerner og exoplaneter, så de ryddede op i dataene til kun at inkludere planeter, hvis diametre var sikkert kendt. Denne databehandling afslørede et mere tomt hul end tidligere antaget.

Forskerne sorterede derefter planeterne ud fra, om de var yngre eller ældre end 2 milliarder år. (Jorden, til sammenligning, er 4,5 milliarder år gammel.) Da en stjerne og dens planeter dannes samtidigt, de bestemte hver planets alder baseret på dens stjernes alder.

Resultaterne tyder på, at mindre mini-Neptuner ikke er i stand til at holde på deres gas. Over milliarder af år, gassen fjernes, efterlader en for det meste solid superjord. Den proces tager længere tid for større mini-Neptuner - som bliver den største superjord - men vil ikke påvirke de mest gigantiske gasplaneter, hvis tyngdekraft er stærk nok til at holde deres atmosfærer.

Det faktum, at radiusgabet udvikler sig over milliarder af år, tyder på, at synderen ikke er planetariske kollisioner eller et iboende særpræg ved planetarisk dannelse. Resterende varme inde fra planeterne, der gradvist fjerner atmosfæren, passer godt, David siger, men intens stråling fra forældrestjernerne kunne også bidrage, især tidligt. Det næste trin er, at forskerne bedre kan modellere, hvordan planeter udvikler sig, for at finde ud af, hvilken forklaring der spiller en større rolle. Det kunne betyde, at man overvejer yderligere kompleksiteter, såsom samspillet mellem spæde atmosfærer og planetariske magnetfelter eller magmahave.