Bu, Suyılanı takımyıldızında 103 ışıkyılı uzaklıkta bulunan mini Neptün TOI 560.01’in bir sanatçının çizimidir. Yıldızına yakın bir yörüngede dönen gezegen, kabarık atmosferini kaybediyor ve sonunda bir süper Dünya’ya dönüşebilir. Kredi: Adam Makarenko (Keck Gözlemevi)
Güneş sistemimiz bir hobi seti olsaydı, Dünya gibi dört kayalık karasal gezegenle birlikte gelirdi; ve dört gaz devi gezegen gibi[{” attribute=””>Jupiter.
What astronomers have discovered around some other stars is a rare type of planet not found in our solar system. It is not too big or too small but fits between the radius of Earth and the radius of Neptune. Toward the bottom of this range are dense “super-Earths” (no, not the home of the comic book hero, Superman) that are slightly bigger than Earth. Toward the top of the range are the puffier so-called “mini-Neptunes,” which have a fraction of the radius of the planet Neptune.
Astronomers are assembling a complex picture of how these sorts of “missing link” planets come to be. Apparently, the mini-Neptunes start out as smaller, denser versions of the planet Neptune. But radiation from a planet’s host star heats their hydrogen/helium atmosphere which then escapes into space like a hot air balloon. The planet goes onto sort of a crash-diet, losing a lot of mass until all that’s left is a dense, rocky core that is still bigger than Earth and may retain a thin skin of an atmosphere.
Astronomers using the Hubble Space Telescope and the Keck Observatory have identified two different cases of “mini-Neptune” planets that are losing their puffy atmospheres and possibly transforming into super-Earths. This is further evidence for the diversity – if not unpredictability – of how planets form and evolve around other stars.
Ötegezegenler, güneş sistemimizde bulunmayan şekil ve boyutlarda gelirler. Bunlar, mini-Neptünler olarak adlandırılan küçük gazlı gezegenleri ve Dünya’nın kütlesinin birkaç katı olan süper-Dünyalar olarak adlandırılan kayalık gezegenleri içerir.
Şimdi, gökbilimciler, kabarık atmosferlerini kaybeden ve muhtemelen süper Dünyalara dönüşen iki farklı “mini-Neptün” gezegen vakası belirlediler. Gezegenlerin yıldızlarından gelen radyasyon, atmosferlerini soyarak, sıcak gazı kaynayan bir su kabından buhar gibi kaçmaya zorluyor. Yeni bulgular, bu gibi egzotik dünyaların nasıl oluştuğuna ve geliştiğine dair bir resim çizmeye ve diğer yıldızların etrafında bulunan gezegenlerin boyut dağılımındaki tuhaf bir boşluğu açıklamaya yardımcı oluyor.
Mini-Neptünler, güneş sistemimizdeki Neptün gezegeninin daha küçük, daha yoğun versiyonlarıdır ve kalın gaz örtüleriyle çevrili büyük kayalık çekirdeklerden oluştuğu düşünülmektedir. Yeni çalışmalarda, bir gökbilimci ekibi kullanılan NASAHubble Uzay Teleskobu, 73 ışıkyılı uzaklıkta bulunan bir yıldız olan HD 63433’ün yörüngesinde dönen iki mini Neptün’e bakmak için. Ve 103 ışıkyılı uzaklıkta bulunan TOI 560 adlı yıldız sistemindeki iki mini Neptün gezegeninden birini incelemek için Hawaii’deki WM Keck Gözlemevi’ni kullandılar.
Elde ettikleri sonuçlar, atmosferik gazın TOI 560’ta TOI 560.01 (HD 73583b olarak da bilinir) olarak adlandırılan en içteki mini Neptün’den ve HD 63433’teki HD 63433c 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, mini-Neptünlerin buharlaşan atmosferlere sahip olması gerektiğinden şüphelendi” dedi. “Ama şimdiye kadar kimse bunu yapma sürecinde bir tane yakalamamıştı.”
Çalışma ayrıca şaşırtıcı bir şekilde, TOI 560.01 çevresindeki gazın ağırlıklı olarak yıldıza doğru kaçtığını buldu.
Zhang’ın danışmanı ve çalışmanın ortak yazarı Caltech’ten gezegen bilimi profesörü Heather Knutson, “Çoğu model gazın yıldızdan uzağa akması gerektiğini tahmin ettiği için bu beklenmedik bir durumdu” dedi. “Bu çıkışların pratikte nasıl çalıştığı hakkında hala öğrenecek çok şeyimiz var.”
Gezegen Türlerinde Kayıp Halka İçin Yeni İpuçları
1990’ların ortalarında güneş benzeri yıldızların yörüngesinde dönen ilk ötegezegenler keşfedildiğinden beri, binlerce başka ötegezegen bulundu. Bu yörüngelerin çoğu yıldızlarına yakın ve daha küçük, kayalık olanlar genellikle iki gruba ayrılır: mini Neptünler ve süper Dünyalar. Süper Dünyalar, Dünya’nın 1,6 katı büyüklüğünde (ve bazen Dünya’nın 1,75 katı büyüklüğünde), mini Neptünler ise Dünya’nın 2 ila 4 katı büyüklüğündedir. Bu tür gezegenler güneş sistemimizde bulunmaz. Aslında, diğer yıldızların çevresinde bu iki aralık arasında boyutlara sahip birkaç gezegen tespit edilmiştir.
Bu boyut farkının olası bir açıklaması, mini Neptünlerin süper Dünyalara dönüşmesidir. Mini-Neptünler, hidrojen ve helyumdan oluşan ilkel atmosferler tarafından koza haline getirilecek şekilde kuramsallaştırılmıştır. 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, önemli ölçüde daha küçük bir çapa sahip (teorik olarak, Dünya gezegenimizi çevreleyen şeye benzer nispeten ince bir atmosferi hala koruyabilen) kayalık bir süper Dünya’yı geride bırakacaktır.
Zhang, “Boyut aralığındaki bir gezegen, yarıçapını şişirmek için yeterli atmosfere sahip olur, bu da daha fazla yıldız radyasyonunu engellemesini sağlar ve böylece hızlı kütle kaybına olanak tanır” dedi. “Ama atmosfer o kadar ince ki çabucak kayboluyor. Bu yüzden bir gezegen boşlukta uzun süre kalmaz.”
Gökbilimcilere göre, diğer senaryolar boyut farkını 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 Işığında İmzalar
Gökbilimciler, mini Neptünlerin ev sahibi yıldızlarının önünden geçişini veya geçişlerini izleyerek kaçan atmosferleri tespit edebildiler. Gezegenler doğrudan görülemezler, 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 izleri buldular. Ekip, HD 63433 yıldız sistemi için, inceledikleri en dış gezegende, HD 63433c olarak adlandırılan, ancak iç gezegen HD 63433b’de olmayan hidrojen izleri buldu.
Zhang, “İç gezegen atmosferini çoktan kaybetmiş olabilir” dedi.
“Gazların hızı, atmosferlerin kaçtığının kanıtını sağlıyor. TOI 560.01 çevresinde gözlemlenen helyum saniyede 20 kilometre hızla hareket ederken, HD 63433c’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 akışların boyutu da atmosferden kaçanlara işaret ediyor; TOI 560.01 çevresindeki gaz kozası, gezegenin yarıçapının en az 3,5 katıdır ve HD 63433c’nin etrafındaki koza, gezegenin yarıçapının en az 12 katıdır.”
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.
“Olarak ötegezegen bilim adamları, beklenmeyeni beklemeyi öğrendik, ”dedi Knutson. “Bu egzotik dünyalar, güneş sistemimizde gözlemlediğimizin ötesine geçen yeni fizikle bizi sürekli şaşırtıyor.”
Bulgular iki ayrı makalede yayınlanmaktadır. Astronomi Dergisi.
Referanslar:
Michael Zhang, Heather A. Knutson, Lile Wang, Fei Dai ve Oscar Barragán tarafından yazılan “TOI 560.01, Genç Mini Neptün’den Helyumdan Kaçış”, 17 Ocak 2022, Astronomi Dergisi.
DOI: 10.3847/1538-3881/ac3fa7
Michael Zhang, Heather A. Knutson, Lile Wang, Fei Dai, Leonardo A. dos Santos, Luca Fossati, Gregory W. Henry, David Ehrenreich5, Yann Alibert tarafından “HD 63433c, Genç Mini-Neptün’den Devam Eden Kütle Kaybının Tespiti” , Sergio Hoyer, Thomas G. Wilson ve Andrea Bonfanti, 17 Ocak 2022, Astronomi Dergisi.
DOI: 10.3847/1538-3881/ac3f3b