Ny teori forudsiger jordlignende, vandige planeter omkring røde dværge

Nylig udforskning af exoplaneter har fokuseret på opdagelsen af ​​tempererede klippeplaneter som Jorden, som ofte kaldes beboelige planeter. De fleste af de seneste missioner er rettet mod stjerner, der er køligere end solen. Sådanne stjerner er kendt som røde dværge eller stjerner af M-typen, som er talrige i solområdet.

Moderat solstråling og en tilstrækkelig mængde havvand er nødvendige for, at en planet kan opretholde et tempereret klima. Tidligere planetdannelsesmodeller forudsiger imidlertid, at forekomsten af ​​planeter, der opfylder sådanne betingelser omkring stjerner af M-typen, er lille. Nye simuleringer udført af Tadahiro Kimura, en ph.d.-studerende fra University of Tokyo og prof. Masahiro Ikoma fra Division of Science, NAOJ, har fokuseret på dannelsen af ​​en brintrig atmosfære fra den protoplanetariske skive og vandproduktion via reaktionen mellem atmosfæren og magmahavet.

De har udviklet en ny planetdannelsesmodel og har derved forudsagt mængden af ​​havvand, som exoplaneter, der kredser om stjerner af M-typen, ville have. Som et resultat viser deres estimat, at adskillige procent af planeter med jordlignende radier og insolation, der kredser om stjerner af M-typen, har moderate mængder havvand. Dette tyder på, at opdagelsen af ​​planeter med tempereret klima i det næste årti er sandsynligt. Forskningsresultaterne er offentliggjort i Nature Astronomy den 29. september.

Siden den første påvisning i 1995 er mere end 5.000 planeter, der kredser om andre stjerner end solen (exoplaneter), blevet påvist. Påvisningen af ​​et så stort antal exoplaneter har vist, at planetsystemer er almindeligt forekommende i universet. På den anden side er det også blevet tydeligt, at exoplaneter er forskellige med hensyn til størrelse, sammensætning, afstand fra den centrale stjerne og insolation.

Blandt de hidtil opdagede planeter er der mange planeter på størrelse med Jorden. Om nogen af ​​dem har et tempereret klima som Jorden er et spørgsmål af stor interesse. Vand er nødvendigt for liv på Jorden, men vand spiller også en vigtig rolle i klimaet. Det er kendt, at opretholdelsen af ​​tempererede klimaer kræver en moderat mængde stjernestråling samt et hav med en moderat mængde vand.

Den nuværende Jord er i stand til at opretholde et varmt klima på grund af kulstofkredsløbets funktion med pladetektonik og kontinental forvitring; hvis mængden af ​​havvand var flere dusin gange større end på Jorden, ville kulstofkredsløbet være begrænset, hvilket resulterede i et ekstremt varmt eller koldt klima.

En udbredt idé er, at nutidens Jordens oceaner blev leveret af vandførende stenede eller iskolde legemer. Tidligere undersøgelser, der anvendte denne idé på exoplaneter omkring stjerner af M-typen førte til forudsigelsen, at planeter med moderat vandindhold er sjældne, hvilket tyder på, at selvom stjerner af M-typen er hovedmålet for fremtidige søgninger efter beboelige planeter, er det højst usandsynligt, at der vil blive fundet beboelige planeter. .

På den anden side blev produktionen af ​​vand i en akkumulerende atmosfære foreslået som en alternativ vandopsamlingsproces i tidligere forskning af prof. Ikoma og hans kollega. Generelt, når en planet vokser i en protoplanetarisk skive, optager den tyngdekraften gas fra skiven og danner en atmosfære, der hovedsageligt består af brint.

Derudover menes den klippeagtige overflade på den voksende planet at være smeltet på grund af varmen fra himmelslag (se fig. 1); nemlig planeten er dækket af et magmahav. På dette tidspunkt fører en kemisk reaktion mellem atmosfærisk brint og oxider i magmahavet til at producere vand. Når man tager virkningerne af en sådan vandproducerende reaktion i betragtning, er det muligt at danne en planet, der er rigere på vand end i konventionelle teoretiske modeller.

Mængden af ​​vandholdig sten, der erhverves af en planet, og mængden af ​​vand, der opnås fra vandproducerende reaktioner, er meget afhængige af planetdannelsesprocessen. I denne undersøgelse har Tadahiro Kimura og Masahiro Ikoma udviklet en ny planetarisk populationssyntesemodel til at genvurdere frekvensen af ​​vandplaneter i ekstrasolsystemer omkring stjerner af M-typen.

Modellen følger planeternes massevækst og kredsløbsudvikling baseret på de nyeste planetdannelsesteorier og kan beregne mængden af ​​vand, der erhverves i processen. Ud over den tidligere overvejede erhvervelse af vandholdige bjergarter, inkorporerer modellen også for nylig effekten af ​​vandproduktion i den oprindelige atmosfære.

Numeriske simuleringer ved hjælp af denne model viser, at en lang række planeter af forskellig størrelse og atmosfærisk masse produceres på forskellige steder (se fig. 2). Det beregnede vandindhold for planeter i den beboelige zone er vist i fig. 3.

Som vist på figuren kan exoplaneter, der kredser om stjerner af M-typen, tilbageholde meget forskellige mængder vand, når vandproduktionen i den oprindelige atmosfære fungerer. Nogle af disse planeter er dannet med samme mængder havvand som Jordens. Det meste af havvandet på disse planeter bringes gennem den atmosfæriske vandproduktion. Analyse af beregningsdataene har ført til forudsigelsen, at adskillige procent af planeter med planetradier mellem 0,7 og 1,3 gange Jordens radier bevarer tilstrækkelige mængder vand til at opretholde tempererede klimaer (omkring 0,1-100 gange Jordens havvandsindhold).

Det forventes, at næsten 100 planeter på størrelse med Jorden vil blive opdaget i den beboelige zone omkring stjerner af M-typen i igangværende og fremtidige exoplanetudforskningsprogrammer som TESS og PLATO. Resultaterne af denne undersøgelse forudsiger, at flere af disse planeter vil være vandplaneter med jordlignende varmt klima.

Observationer af de atmosfæriske spektre af exoplaneter med de infrarøde rumteleskoper JWST og Ariel vil også afsløre tilstedeværelsen af ​​vandmolekyler og andre grundstoffer i atmosfæren. Disse observationer forventes at validere de teoretiske forudsigelser af denne forskning og føre til en bedre forståelse af dannelsesprocessen af ​​vandplaneter som Jorden. + Udforsk yderligere

Mening:Forskere kunne have opdaget en jordlignende planet. Lad en af ​​dem fortælle dig om det.