Undersøgelse afslører mekanismer for hydrodynamisk flugt i lavmasse exoplaneter

En undersøgelse offentliggjort i Nature Astronomy og udført af Guo Jianheng fra Yunnan Observatories of the Chinese Academy of Sciences giver et perspektiv på de voldsomme atmosfæriske flugtprocesser for lavmasse exoplaneter, specifikt en proces kendt som hydrodynamisk flugt.

Den afslører forskellige drivmekanismer, der påvirker de hydrodynamiske flugter, og foreslår en ny klassificeringsmetode til at forstå disse flugtprocesser.

Exoplaneter, som refererer til planeter uden for vores solsystem, er et populært emne i astronomisk forskning. Atmosfærerne på disse planeter kan forlade planeten og komme ind i rummet af forskellige årsager. En sådan grund er hydrodynamisk flugt, som er den proces, hvor den øvre atmosfære forlader planeten som helhed. Denne proces er meget mere intens end den partikelopførsel, der er observeret i solsystemets planeter.

Hydrodynamisk atmosfærisk flugt kunne være sket i de tidlige stadier af solsystemets planeter. Hvis Jorden havde mistet hele sin atmosfære via hydrodynamisk flugt på det tidspunkt, kunne den være blevet lige så øde som Mars. Nu sker denne intense flugt ikke længere på planeter som Jorden. Rum- og jordteleskoper har imidlertid observeret, at hydrodynamisk flugt stadig forekommer på nogle exoplaneter, der er meget tæt på deres værtsstjerner. Denne proces ændrer ikke kun planetens masse, men påvirker også planetens klima og beboelighed.

I denne undersøgelse fandt Guo Jianheng ud af, at den hydrodynamiske atmosfæriske flugt fra exoplaneter med lav masse kunne være drevet enten alene eller i fællesskab af planetens indre energi, arbejdet udført af stjernens tidevandskræfter eller opvarmning af stjernens ekstreme ultraviolette stråling.

Før denne undersøgelse måtte forskerne stole på komplekse modeller for at finde ud af, hvilken fysisk mekanisme der drev væskeflugten på en planet, og konklusionerne var ofte uklare. Denne undersøgelse foreslog, at blot at bruge de grundlæggende fysiske parametre for stjernen og planeten, såsom masse, radius og kredsløbsafstand, kan klassificere mekanismerne for hydrodynamisk flugt fra planeter med lav masse.

På planeter med lav masse og stor radius kan tilstrækkelig intern energi eller høj temperatur drive atmosfærisk flugt. Denne undersøgelse viste, at ved hjælp af den klassiske Jeans-parameter kan et forhold mellem planetens indre energi og potentielle energi bestemme, om den førnævnte flugt finder sted.

For planeter, hvor intern energi ikke kan drive atmosfærisk flugt, definerede Guo Jianheng en opgraderet Jeans-parameter ved at introducere tidevandskræfter fra stjerner. Med den opgraderede Jeans-parameter kan stjernens tidevandskræfters og ekstreme ultraviolette strålings rolle i at drive atmosfærisk flugt nemt og præcist skelnes.

Derudover afslørede denne undersøgelse, at planeter med højt gravitationspotentiale og lav stjernestråling er mere tilbøjelige til at opleve en langsom hydrodynamisk atmosfærisk flugt; ellers vil planeten primært gennemgå hurtig væskeudslip.

Resultaterne af denne undersøgelse belyser, hvordan en planets atmosfære udvikler sig over tid, hvilket er vigtigt for at udforske udviklingen og oprindelsen af ​​planeter med lav masse og kunne hjælpe bedre med at forstå disse fjerne verdeners beboelighed og evolutionære historie.

Flere oplysninger: J. H. Guo, Karakterisering af regimerne for hydrodynamisk flugt fra exoplaneter med lav masse, Nature Astronomy (2024). DOI:10.1038/s41550-024-02269-w

Journaloplysninger: Naturastronomi

Leveret af Chinese Academy of Sciences