Καθώς έχουν ανακαλυφθεί χιλιάδες πλανήτες σε τροχιά γύρω από μακρινά άστρα, οι ερευνητές έχουν εντοπίσει μια εμφανή έλλειψη πλανητών με ακτίνα μεταξύ μιάμιση έως δύο φορές την ακτίνα της Γης. Οι πλανήτες αυτοί αντιστοιχούν στο ενδιάμεσο μέγεθος ανάμεσα στις βραχώδεις υπέρ-Γαίες και τους μεγαλύτερους πλανήτες αερίου, τους μίνι-Ποσειδώνες. Από τότε που ανακάλυψαν αυτό το «χάσμα ακτίνας» το 2017, οι επιστήμονες αναρωτιούνται γιατί υπάρχουν τόσο λίγα ουράνια σώματα αυτού του μεγέθους.
Μια ένδειξη προέκυψε από ένα νέο τρόπο εξέτασης των δεδομένων. Μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον Trevor David του Ινστιτούτου του Flatiron διερεύνησε εάν το χάσμα ακτίνας αλλάζει καθώς ενηλικιώνεται ο πλανήτης. Διαίρεσαν τους εξωπλανήτες σε δύο ομάδες - νέους και ηλικιωμένους - και επανεκτίμησαν το κενό. Οι ελάχιστες ακτίνες των νεώτερων πλανητών ήταν μικρότερες κατά μέσο όρο από τις ελάχιστες ακτίνες των ηλικιωμένων. Ενώ το μέσο μέγεθος για τους νεώτερους πλανήτες ήταν περίπου 1,6 φορές την ακτίνα της Γης, αυτό αυξάνεται σε περίπου 1,8 φορές την ακτίνα της Γης για τις μεγαλύτερες ηλικίες. Ο λόγος, όπως προτείνουν οι ερευνητές, είναι ότι ορισμένοι μίνι-Ποσειδώνες συρρικνώνονται για δισεκατομμύρια χρόνια καθώς οι ατμόσφαιρές τους διαρρέουν στο διάστημα, αφήνοντας πίσω τους έναν συμπαγή πυρήνα. Χάνοντας το αέριο, οι μίνι-Ποσειδώνες «πηδούν» το χάσμα ακτίνας και γίνονται υπέρ-Γαίες. Με την πάροδο του χρόνου, το χάσμα ακτίνας μετατοπίζεται σε μεγαλύτερες τιμές, καθώς όλο και μεγαλύτεροι μίνι-Ποσειδώνες κάνουν το άλμα και μετατρέπονται σε όλο και μεγαλύτερες υπέρ-Γαίες. Το κενό, με άλλα λόγια, είναι το χάσμα μεταξύ του μεγαλύτερου μεγέθους υπέρ-Γαιών και του μικρότερου μεγέθους μίνι-Ποσειδώνων που μπορούν ακόμα να διατηρήσουν την ατμόσφαιρα τους.
Οι ερευνητές δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στις 14 Μαΐου 2021 στο The Astronomical Journal. «Οι πλανήτες δεν είναι οι στατικές σφαίρες πετρωμάτων και αερίων που μερικές φορές τείνουμε να θεωρούμε», λέει ο David, ερευνητής στο Κέντρο Υπολογιστικής Αστροφυσικής του Ινστιτούτου Flatiron (CCA) στη Νέα Υόρκη. Σε ορισμένα προηγούμενα προτεινόμενα μοντέλα απώλειας ατμόσφαιρας, μερικοί από αυτούς τους πλανήτες ήταν 10 φορές μεγαλύτεροι στις αρχές της ζωής τους.
Τα ευρήματα επαναφέρουν τους δύο υπόπτους που είχαν προταθεί και παλαιότερα: την υπολειπόμενη θερμότητα από τον πλανητικό σχηματισμό και την έντονη ακτινοβολία από τα άστρα γύρω από τα οποία περιφέρονται οι πλανήτες. Και τα δύο φαινόμενα προσθέτουν ενέργεια στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη, αναγκάζοντας το αέριο να κινείται ταχύτερα και να διαφεύγει στο διάστημα. «Και τα δύο φαινόμενα είναι σημαντικά», λέει ο David, «αλλά χρειαζόμαστε πιο εξελιγμένα μοντέλα για να πούμε πόσο συμβάλλει το καθένα από αυτά και πότε στον κύκλο ζωής του πλανήτη». Η νέα μελέτη χρησιμοποίησε δεδομένα που συλλέχθηκαν από το διαστημικό σκάφος Kepler, το οποίο μέτρησε το φως από μακρινά αστέρια. Όταν ένας εξωπλανήτης κινείται μεταξύ ενός άστρου και της Γης, το παρατηρούμενο φως από το αστέρι μειώνεται. Αναλύοντας πόσο γρήγορα ο πλανήτης περιστρέφεται γύρω από το αστέρι του, το μέγεθος του αστεριού και την ποσότητα της εξασθένισης του φωτός, οι αστρονόμοι μπορούν να εκτιμήσουν το μέγεθος του εξωπλανήτη. Αυτές οι αναλύσεις οδήγησαν τελικά στην ανακάλυψη του χάσματος ακτίνας.
Οι επιστήμονες είχαν προτείνει παλαιότερα μερικούς πιθανούς μηχανισμούς για τη δημιουργία του χάσματος. Μερικοί πίστευαν ότι το κενό εμφανίζεται κατά τη διάρκεια του πλανητικού σχηματισμού όταν ορισμένοι πλανήτες σχηματίζονται χωρίς αρκετό κοντινό αέριο για να διογκώσουν το μέγεθός τους. Σε αυτό το σενάριο, η ακτίνα του πλανήτη, και επομένως το χάσμα ακτίνας, δημιουργείται κατά τη γέννηση των πλανητών. Μια άλλη υπόθεση ήταν ότι οι συγκρούσεις με διαστημικούς βράχους διαλύουν τις πυκνές ατμόσφαιρες, εμποδίζοντας τους μικρότερους πλανήτες να συσσωρεύουν πολύ αέριο. Αυτός ο μηχανισμός θα διαρκούσε περίπου 10 έως 100 εκατομμύρια χρόνια. Άλλοι πιθανοί μηχανισμοί απαιτούν περισσότερο χρόνο. Μια πρόταση είναι ότι οι έντονες ακτίνες Χ και η υπεριώδης ακτινοβολία από το αστέρι του πλανήτη απομακρύνουν το αέριο με την πάροδο του χρόνου. Αυτή η διαδικασία, που ονομάζεται φωτοεξάτμιση, θα διαρκούσε λιγότερο από 100 εκατομμύρια χρόνια για τους περισσότερους πλανήτες, αλλά θα μπορούσε να πάρει και δισεκατομμύρια χρόνια για ορισμένους. Μια άλλη πρόταση είναι ότι η εναπομένουσα θερμότητα από τον σχηματισμό ενός πλανήτη προσθέτει αργά ενέργεια στην ατμόσφαιρα του πλανήτη, προκαλώντας το αέριο να διαφύγει στο διάστημα μέσα σε μια περίοδο δισεκατομμυρίων ετών.
Ο David και οι συνάδελφοί του ξεκίνησαν την έρευνά τους ρίχνοντας μια πιο προσεκτική ματιά στο κενό. Η εκτίμηση των μεγεθών των αστεριών και των εξωπλανητών μπορεί να είναι δύσκολη, οπότε ξεκαθαρίσθηκαν τα δεδομένα ώστε να περιλαμβάνουν μόνο πλανήτες των οποίων οι διάμετροι ήταν σίγουρα γνωστές. Στη συνέχεια, οι ερευνητές ταξινόμησαν τους πλανήτες με βάση το αν ήταν νεότεροι ή μεγαλύτεροι από 2 δισεκατομμύρια χρόνια. (Η Γη, για σύγκριση, είναι 4,5 δισεκατομμυρίων ετών). Δεδομένου ότι ένα αστέρι και οι πλανήτες του σχηματίζονται ταυτόχρονα, καθόρισαν την ηλικία κάθε πλανήτη με βάση την ηλικία του αστεριού του.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι μικρότεροι μίνι-Ποσειδώνες δεν μπορούν να κρατήσουν το αέριο τους. Μετά από δισεκατομμύρια χρόνια, το αέριο απομακρύνεται, αφήνοντας πίσω του μια πολύ συμπαγή υπέρ-Γαία. Αυτή η διαδικασία διαρκεί περισσότερο για τους μεγαλύτερους μίνι-Ποσειδώνες - οι οποίοι γίνονται οι μεγαλύτερες υπέρ-Γαίες - αλλά δεν επηρεάζει τους γιγάντιους πλανήτες αερίου, των οποίων η βαρύτητα είναι αρκετά ισχυρή για να συγκρατήσει την ατμόσφαιρά τους, όπως για παράδειγμα του μεγέθους του Κρόνου ή του Δία. Το γεγονός ότι το χάσμα της ακτίνας εξελίσσεται για δισεκατομμύρια χρόνια δείχνει ότι ο ένοχος δεν είναι οι πλανητικές συγκρούσεις ή μια έμφυτη ιδιοτροπία του πλανητικού σχηματισμού. Η υπολειπόμενη θερμότητα μέσα στους πλανήτες που απομακρύνει σταδιακά την ατμόσφαιρα αποδεικνύεται καλή θεωρία, λέει ο David, αλλά και η έντονη ακτινοβολία από τα αστέρια θα μπορούσε επίσης να συμβάλει, ειδικά νωρίς στην εξέλιξη του πλανητικού συστήματος.
Το επόμενο βήμα για τους επιστήμονες είναι να μοντελοποιήσουν καλύτερα πώς εξελίσσονται οι πλανήτες για να μάθουν ποια από τις δύο εξηγήσεις παίζει μεγαλύτερο ρόλο. Αυτό θα πρέπει να γίνει αφού ληφθούν υπόψη πρόσθετες πολυπλοκότητες, όπως οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ νεογέννητων ατμοσφαιρών και πλανητικών μαγνητικών πεδίων.
ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ: Καλλιτεχνική απόδοση του τεράστιου νέφους υδρογόνου που διαρρέει από τον θερμό πλανήτη Gliese 436b μεγέθους Ποσειδώνα, μόλις 30 έτη φωτός από τη Γη. Απεικονίζεται επίσης το αστέρι, το οποίο είναι ένας εξασθενημένος κόκκινος νάνος που ονομάζεται Gliese 436. Το υδρογόνο εξατμίζεται από τον πλανήτη λόγω της ακραίας ακτινοβολίας του άστρου. Ένα φαινόμενο τόσο έντονο δεν έχει εντοπισθεί σε κανέναν άλλον εξωπλανήτη έως σήμερα. Credit: NASA, ESA, STScI, and G. Bacon. (CC BY 2.0).
ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ: Γιγαντιαίος πλανήτης εξαερώνεται, γύρω από λευκό νάνο!
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου