_ Simulările oferă o posibilă explicație pentru misterioase decalaj în distribuția mărimii super-Pământului

De obicei, planetele din sistemele planetare evoluate, cum ar fi sistemul solar, urmează orbite stabile în jurul stelei lor centrale. Cu toate acestea, multe indicii sugerează că unele planete s-ar putea îndepărta de locul lor de naștere în timpul evoluției lor timpurii, migrând spre interior sau spre exterior.

Această migrație planetară ar putea explica, de asemenea, o observație care i-a nedumerit pe cercetători de câțiva ani: numărul relativ scăzut de exoplanete cu dimensiuni aproximativ de două ori mai mari decât Pământul, cunoscută sub numele de valea sau golul razei. În schimb, există multe exoplanete mai mici și mai mari decât această dimensiune.

„În urmă cu șase ani, o reanaliza a datelor de la telescopul spațial Kepler a relevat o lipsă de exoplanete cu dimensiuni în jurul a două raze Pământului”, explică Remo Burn. , un cercetător de exoplanete la Institutul Max Planck pentru Astronomie (MPIA) din Heidelberg. El este autorul principal al articolului care raportează descoperirile prezentate în acest articol, publicat acum în Nature Astronomy.

„De fapt, noi, ca și alte grupuri de cercetare, am prezis pe baza calculelor noastre, chiar înainte de această observație. , că un astfel de decalaj trebuie să existe”, explică coautorul Christoph Mordasini, membru al Centrului Național de Competență în Cercetare (NCCR) PlanetS. El conduce Divizia de Cercetare Spațială și Științe Planetare de la Universitatea din Berna. Această predicție a apărut în timpul mandatului său ca om de știință la MPIA, care a cercetat în comun acest domeniu cu Universitatea din Berna de mulți ani.

Mecanismul cel mai frecvent sugerat pentru a explica apariția unei astfel de văi cu rază este că planetele ar putea pierde o parte din atmosfera lor originală din cauza iradierii de la steaua centrală, în special gazele volatile precum hidrogenul și heliul. „Totuși, această explicație neglijează influența migrației planetare”, clarifică Burn.

De aproximativ 40 de ani s-a stabilit că, în anumite condiții, planetele se pot deplasa în interior și în exterior prin sisteme planetare de-a lungul timpului. Cât de eficientă este această migrare și în ce măsură influențează dezvoltarea sistemelor planetare influențează contribuția acesteia la formarea văii razei.

Două tipuri diferite de exoplanete locuiesc în intervalul de dimensiuni din jurul golului. Pe de o parte, există planete stâncoase, care pot fi mai masive decât Pământul și, prin urmare, sunt numite super-Pământ. Pe de altă parte, astronomii descoperă din ce în ce mai mult așa-numitele sub-Neptuni (și mini-Neptuni) în sisteme planetare îndepărtate, care sunt, în medie, puțin mai mari decât super-Pământurile.

„Cu toate acestea, nu avem această clasă de exoplanete în sistemul solar”, subliniază Burn. „De aceea, chiar și astăzi, nu suntem exact siguri de structura și compoziția lor.”

Totuși, astronomii sunt în general de acord că aceste planete posedă atmosfere mult mai extinse decât planetele stâncoase. În consecință, înțelegerea modului în care caracteristicile acestor sub-Neptuni contribuie la decalajul de rază a fost incertă. Ar putea decalajul chiar să sugereze că aceste două tipuri de lumi se formează diferit?

Planete de gheață rătăcitoare

„Pe baza simulărilor pe care le-am publicat deja în 2020, cele mai recente rezultate indică și confirmă că, în schimb, evoluția sub-Neptunilor după nașterea lor contribuie semnificativ la valea razei observate”, conchide Julia Venturini de la Universitatea Geneva. Ea este membră a colaborării PlanetS și a condus studiul din 2020.

În regiunile înghețate din locurile lor natale, unde planetele primesc puține radiații de încălzire de la stele, sub-Neptunii ar trebui într-adevăr să aibă dimensiuni lipsă din distribuția observată. Pe măsură ce aceste planete probabil înghețate migrează mai aproape de stea, gheața se dezgheță, formând în cele din urmă o atmosferă groasă de vapori de apă.

Acest proces are ca rezultat o schimbare a razelor planetei la valori mai mari. La urma urmei, observațiile folosite pentru măsurarea razelor planetare nu pot diferenția dacă dimensiunea determinată se datorează numai părții solide a planetei sau unei atmosfere dense suplimentare.

În același timp, așa cum sa sugerat deja în precedentul imagine, planetele stâncoase „se micșorează” pierzându-și atmosfera. În general, ambele mecanisme produc o lipsă de planete cu dimensiuni în jurul a două raze Pământului.

„Cercetarea teoretică a grupului Bern-Heidelberg a avansat deja în mod semnificativ înțelegerea noastră despre formarea și compoziția sistemelor planetare în trecut. ”, explică directorul MPIA Thomas Henning. „Studiul actual este, prin urmare, rezultatul multor ani de muncă pregătitoare comună și îmbunătățiri constante ale modelelor fizice.”

Cele mai recente rezultate provin din calculele modelelor fizice care urmăresc formarea planetelor și evoluția ulterioară. Ele cuprind procese din discurile de gaz și praf din jurul stelelor tinere care dau naștere la noi planete. Aceste modele includ apariția atmosferelor, amestecarea diferitelor gaze și migrarea radială.

„În centrul acestui studiu s-au aflat proprietățile apei la presiuni și temperaturi care apar în interiorul planetelor și a atmosferei acestora”, explică Burn. Înțelegerea modului în care se comportă apa într-o gamă largă de presiuni și temperaturi este crucială pentru simulări. Aceste cunoștințe au fost de o calitate suficientă doar în ultimii ani. Această componentă este cea care permite calculul realist al comportamentului sub-Neptunilor, explicând astfel manifestarea atmosferelor extinse în regiunile mai calde.

„Este remarcabil cum, ca în acest caz, influențează proprietățile fizice la niveluri moleculare. procese astronomice la scară largă, cum ar fi formarea atmosferelor planetare”, adaugă Henning.

„Dacă ar fi să ne extindem rezultatele în regiuni mai reci, unde apa este lichidă, acest lucru ar putea sugera existența unor lumi de apă cu oceane adânci”, spune Mordasini. „Astfel de planete ar putea găzdui viață și ar fi ținte relativ simple pentru căutarea biomarkerilor, datorită dimensiunii lor.”

Cu toate acestea, lucrarea actuală este doar o etapă importantă. Deși distribuția de dimensiune simulată se potrivește îndeaproape cu cea observată, iar decalajul de rază este în locul potrivit, detaliile au încă unele inconsecvențe. De exemplu, prea multe planete de gheață ajung prea aproape de steaua centrală în calcule. Cu toate acestea, cercetătorii nu percep această circumstanță ca pe un dezavantaj, dar speră să învețe mai multe despre migrația planetară în acest fel.

Observații cu telescoape precum telescopul spațial James Webb (JWST) sau telescopul Extremely Large, aflat în construcție. (ELT) ar putea ajuta, de asemenea. Ele ar fi capabile să determine compoziția planetelor în funcție de dimensiunea lor, oferind astfel un test pentru simulările descrise aici.

Oamenii de știință MPIA implicați în acest studiu sunt Remo Burn și Thomas Henning.

Alți cercetători includ Christoph Mordasini (Universitatea din Berna, Elveția [Unibe]), Lokesh Mishra (Universitatea Genève, Elveția [Unige] și Unibe), Jonas Haldemann (Unibe), Julia Venturini (Unige) și Alexandre Emsenhuber (Ludwig Maximilian University München, Germania și Unibe).

Telescopul spațial Kepler NASA a căutat planete în jurul altor stele între 2009 și 2018 și a descoperit mii de noi exoplanete în timpul funcționării sale. A folosit metoda de tranzit: atunci când orbita unei planete este înclinată într-un mod în care avionul se află în linia de vedere a telescopului, planetele blochează periodic o parte din lumina stelei în timpul orbitei lor. Această fluctuație periodică a luminozității stelei permite detectarea indirectă a planetei și determinarea razei acesteia.

(Fluierul)