Kabarık gezegenler atmosfer kaybederek süper dünyalar haline gelir

Gökbilimciler, kabarık atmosferlerini kaybeden ve muhtemelen süper Dünyalara dönüşen iki farklı “mini-Neptün” gezegen vakası belirlediler. Gezegenlerin yıldızlarından gelen radyasyon, atmosferlerini soyarak sıcak gazın kaynar su dolu bir tencereden çıkan buhar gibi kaçmasına neden oluyor.

İki ayrı makalede yayınlanan bulgular, Astronomi Dergisibu gibi egzotik dünyaların nasıl oluştuğuna ve geliştiğine dair bir resim çizmeye yardımcı olun.

Mini-Neptünler, güneş sistemimizin dışındaki yıldızların yörüngesinde dönen gezegenler olan bir dış gezegen sınıfıdır. Neptün gezegeninin daha küçük, daha yoğun versiyonları olan bu dünyalar, kalın gaz örtüleriyle çevrili büyük kayalık çekirdeklerden oluşur. Yeni çalışmalarda, Caltech liderliğindeki bir gökbilimciler ekibi, 103 ışıkyılı uzaklıkta bulunan TOI 560 adlı yıldız sistemindeki iki mini Neptün gezegeninden birini incelemek için Hawaii’deki Maunakea’nın tepesindeki WM Keck Gözlemevi’ni kullandı; ve 73 ışıkyılı uzaklıkta bulunan HD 63433 yörüngesinde dönen iki mini Neptün’e bakmak için NASA’nın Hubble Uzay Teleskobu’nu kullandılar.

Elde ettikleri sonuçlar, atmosferik gazın TOI 560’taki TOI 560.01 olarak adlandırılan en içteki mini Neptün’den ve HD 63433’teki HD 63433 c olarak adlandırılan en dıştaki mini Neptün’den kaçtığını gösteriyor. Bu, süper Dünyalara dönüşebileceklerini gösteriyor.

Her iki çalışmanın baş yazarı ve Caltech’te yüksek lisans öğrencisi olan Michael Zhang, “Çoğu gökbilimci genç, küçük mini Neptünlerin buharlaşan atmosferlere sahip olması gerektiğinden şüphelendi” diyor. “Ama şimdiye kadar kimse bunu yaparken bir tane yakalamamıştı.”

Çalışma ayrıca şaşırtıcı bir şekilde, TOI 560.01 çevresindeki gazın ağırlıklı olarak yıldıza doğru kaçtığını buldu.

Zhang’ın danışmanı ve çalışmanın yazarlarından biri olan Gezegen Bilimi Profesörü Heather Knutson, “Çoğu model gazın yıldızdan uzağa akması gerektiğini tahmin ettiği için bu beklenmedik bir durumdu” diyor. “Bu çıkışların pratikte nasıl çalıştığı hakkında hala öğrenecek çok şeyimiz var.”

Gezegensel boşluk açıklandı

1990’ların ortalarında güneş benzeri yıldızların yörüngesinde dönen ilk ötegezegenler keşfedildiğinden beri, binlercesi daha bulundu. Bu yörüngelerin çoğu yıldızlarına yakın ve daha küçük, kayalık olanlar genellikle iki gruba ayrılır: mini Neptünler ve süper Dünyalar. Bu tür gezegenler güneş sistemimizde bulunmaz. Süper Dünyalar, Dünya’nın 1,6 katı büyüklüğünde (ve bazen Dünya’nın 1,75 katı büyüklüğünde), mini Neptünler ise Dünya’nın iki ila dört katı büyüklüğündedir. Boyutları bu iki gezegen türü arasında olan az sayıda gezegen tespit edilmiştir.

Bu boşluğun olası bir açıklaması, mini Neptünlerin süper Dünyalara dönüşmesidir. Mini-Neptünlerin, hidrojen ve helyumdan oluşan ilkel atmosferler tarafından koza haline getirildikleri kuramsallaştırılır. Hidrojen ve helyum, gaz bulutlarından doğan merkezi yıldızın oluşumundan arta kalanlardır. Bilim adamları, bir mini-Neptün yeterince küçük ve yıldızına yeterince yakınsa, yıldızsal X-ışınları ve ultraviyole radyasyonu yüz milyonlarca yıl boyunca ilkel atmosferini ortadan kaldırabilir. Bu, daha sonra, teorik olarak, kendi gezegenimizi çevreleyen şeye benzer nispeten ince bir atmosferi hala koruyabilen, önemli ölçüde daha küçük bir yarıçapa sahip kayalık bir süper Dünya’yı geride bırakacaktır.

Zhang, “Boşluktaki bir gezegen, yarıçapını şişirmek için yeterli atmosfere sahip olacak, bu da daha fazla yıldız radyasyonunu engellemesini ve böylece hızlı kütle kaybını mümkün kılacaktır” diyor. “Ama atmosfer o kadar ince ki çabucak kayboluyor. Bu yüzden bir gezegen boşlukta uzun süre kalamaz.”

Gökbilimcilere göre diğer senaryolar boşluğu açıklayabilir. Örneğin, daha küçük kayalık gezegenler ilk etapta asla gaz zarfları toplamamış olabilir ve mini-Neptünler su dünyaları olabilir ve hidrojen gazı ile sarılmayabilir. Atmosferden kaçan iki mini-Neptün’ün bu son keşfi, mini-Neptünlerin gerçekten de süper-Dünyalara dönüştüğü teorisini destekleyen ilk doğrudan kanıtı temsil ediyor.

Gün ışığında imzalar

Gökbilimciler, mini Neptünlerin ev sahibi yıldızlarının önünden geçişini veya geçişlerini izleyerek kaçan atmosferleri tespit edebildiler. Gezegenler doğrudan görülemez, ancak Dünya’daki bakış açımızdan görüldüğü gibi yıldızlarının önünden geçtiklerinde, teleskoplar gezegenlerin atmosferlerinde yıldız ışığının atomlar tarafından emilmesini arayabilirler. Mini Neptün TOI 560.01 durumunda, araştırmacılar helyum imzaları buldular. Ekip, HD 63433 yıldız sistemi için, inceledikleri en dış gezegende, HD 63433 c olarak adlandırılan, ancak iç gezegen HD 63433 b’de olmayan hidrojen izleri buldu.

Zhang, “İç gezegen atmosferini çoktan kaybetmiş olabilir,” diye açıklıyor.

Gazların hızı, atmosferlerin kaçtığının kanıtını sağlar. TOI 560.01 çevresinde gözlemlenen helyum saniyede 20 kilometre hızla hareket ederken, HD 63433 c’nin etrafındaki hidrojen saniyede 50 kilometre hızla hareket ediyor. Bu mini-Neptünlerin yerçekimi, bu kadar hızlı hareket eden gaza tutunacak kadar güçlü değil. Gezegenlerin etrafındaki çıkışların kapsamı aynı zamanda atmosferlerin kaçtığını da gösterir: TOI 560.01 çevresindeki gaz kozası, gezegenin yarıçapının en az 3,5 katıdır ve HD 63433 c’nin etrafındaki koza, gezegenin yarıçapının en az 12 katıdır. gezegen.

Gözlemler ayrıca TOI 560.01’den kaybolan gazın yıldıza doğru aktığını da ortaya çıkardı. Diğer mini-Neptünlerin gelecekteki gözlemleri, TOI 560.01’in bir anormallik olup olmadığını veya içe doğru hareket eden bir atmosferik çıkışın daha yaygın olup olmadığını ortaya çıkarmalıdır.

Knutson, “Dış gezegen bilimciler olarak, beklenmeyeni beklemeyi öğrendik” diyor. “Bu egzotik dünyalar, güneş sistemimizde gözlemlediklerimizin ötesine geçen yeni fizik ile bizi sürekli şaşırtıyor.”