Bir dış-Neptün zorlukları aştı ve atmosferini korudu

Gezegen avcısı bilim insanları gittikçe daha fazla gezegen buldukça bazı bulmacalarla karşılaştılar. Bunlardan biri, yıldızlarına yakın yörüngede dönen Neptün boyutunda dünyaların olmamasıyla ilgili. Gökbilimciler, bu gezegenlerin, yıldızlarının güçlü radyasyonu karşısında atmosferlerini koruyabilecek kadar büyük olmadıklarını düşünüyor.

Ancak bu gezegenlerden en az biri atmosferini korudu. Nasıl?

Gökbilimciler, yıldızların yakınında Neptün boyutunda gezegenlerin bulunmamasına bir isim verdiler. Buna Neptün Çölü ya da bazen “buharlaşma çölü” diyorlar.

Terimin yalnızca geniş bir tanımı vardır ve genellikle bir yıldıza çok yakın olan ve yörünge döneminin yalnızca iki ila dört gün arasında olduğu bölge olarak tanımlanır. Aynı zamanda Jüpiter’in kütlesinin yaklaşık onda biri kadar olan Neptün boyutunda gezegenlerin bulunmaması ile de tanımlanır. Tipik olarak gezegenler yıldızlara bu kadar yaklaştıklarında atmosferlerini kaybederler ve yalnızca kayalık çekirdeklere, yani bir zamanlar kabarık olan hallerinin kalıntılarına indirgenirler.

Neptün Çölü’nde atmosferini koruyan gezegenlerden biri LTT 9779 b’dir. Yaklaşık 260 ışıkyılı uzaklıktaki G tipi bir yıldızın yörüngesinde dönüyor. 29 Dünya kütlesine sahiptir ve yıldızından yalnızca 0,01679 AU uzakta olmasına ve yörüngesini tamamlaması günde yalnızca 0,8 almasına rağmen atmosferini korumuştur. Bu durumda, yıldızın aşırı radyasyonunun gezegenin atmosferini ortadan kaldırması gerekirdi. Neden olmadı?

Yeni araştırma bu soruyu cevaplamak için yola çıktı. Başlığı “Neptün çölünde hayatta kalmak: LTT 9779 b, alışılmadık derecede sönük bir X-ışını ev sahibi yıldız sayesinde atmosferini korudu.” ‘da yayınlanacak Kraliyet Astronomi Topluluğunun Aylık Bildirimleri ve şu anda şu adreste yayınlanıyor: arXiv ön baskı sunucusu. Baş yazar, Ph.D. Jorge Fernandez Fernandez’dir. Warwick Üniversitesi Astronomi ve Astrofizik grubunda öğrenci.

Fotobuharlaşma iyi anlaşılmış bir olgudur ve yıldızların dönüşüyle ​​bağlantılıdır. Tüm yıldızlar döner ve hızla döndüklerinde güçlü manyetik alanlar üretirler ve bu alanlar da X ışınları ve UV radyasyonu formunda güçlü elektromanyetik enerjiyi harekete geçirir. Bu enerjik fotonlar bir gezegenin atmosferindeki moleküllere çarptığında molekülleri uzaya doğru iterler. Yalnızca bir gezegenin yerçekimi buna karşı koyabilir; bu da neden bu kadar çok büyük sıcak Jüpiter’in bulunduğunu ve Neptün Çölü’nde neredeyse hiç gezegen olmadığını açıklıyor.

LTT 9779 b, önemli miktarda hidrojen/helyum atmosferine sahip, yörünge periyodu bir günden kısa olan bilinen tek Neptün tipi gezegendir. Gezegenin, yıldızına bu kadar yakın bir konumda atmosferini koruyabilmesi için olağandışı bir şeyin meydana gelmesi gerekiyor. Yazarlar, “Neptün çölü, X-ışını/EUV kaynaklı foto buharlaşmanın sonucuysa, LTT 9779 b’nin atmosferinin, genç ev sahibi yıldızından gelen yüksek enerjili fotonların yoğun bombardımanından sağ çıkması şaşırtıcıdır” diye yazıyor.

Cevap yıldızın kendisinde yatıyor olmalı çünkü bu büyüklükte bir gezegenin kendisini korumak için yapabileceği hiçbir şey yok. Onu koruyacak hiçbir şey olmadan doğrudan yıldızının güçlü çıktısının yolundadır. Bu çalışmanın arkasındaki araştırmacılar, yıldızı daha yakından incelemek için ESA’nın 1999’da başlatılan X-ışını gözlemevi XMM-Newton’u kullandılar.

Uzay aracı aynı zamanda Yüksek Verimli X-ışını Spektroskopisi Misyonu X-ışını Çoklu Ayna Misyonu olarak da adlandırılıyor. Görevi yıldızlararası X-ışını kaynaklarını araştırmak ve 10 yıllık planlı bir görevle fırlatılsa da neredeyse 24 yıl sonra hala devam ediyor. XMM-Newton verileri bu araştırmanın merkezinde yer alıyor.

Bir yıldızın X-ışını emisyonları, dönüşü nedeniyle güçlenir. Yüksek bir dönüş hızı, daha güçlü manyetik alanlar oluşturur, bu da daha güçlü X-ışını emisyonları anlamına gelir ve daha yavaş dönüş, daha zayıf emisyonlar anlamına gelir. LT 9779’un dönüş hızı yaklaşık 1,06 km/s’dir ve bir dönüşü tamamlamak yaklaşık 45 gün sürer, ancak bunu destekleyen veriler biraz zayıftır. Bunu güneşin 1,997 km/s’lik daha hızlı dönüş hızıyla karşılaştırın. Bu neredeyse iki kat daha hızlı ve güneş çoğu yıldızla karşılaştırıldığında yavaş tarafta. Sıcak yıldızlar genellikle 100 km/s’den daha hızlı dönebilirler. Bu açıdan bakıldığında LT 9779 salyangoz hızında dönüyor.

Yaş, bir yıldızın X-ışını emisyonlarında bir başka faktördür ve araştırmacılar, yıldızın emisyonlarını yaşıyla karşılaştırdılar. Makalede “LTT 9779’u XMM-Newton ile gözlemledik ve X-ışını parlaklığı için, yaşına göre beklenenden on beş kat daha düşük bir üst sınır ölçtük” ifadesi yer alıyor.

Araştırmacılar ayrıca gezegenin iç yapısını ve bunun kütle kaybı geçmişini nasıl etkilediğini de modellediler. Gezegenin yarıçapını, zarf kütle oranını ve kütle kaybı oranını iki farklı XUV geçmişine göre modellediler. Birinin beklenen bir yıldız emisyon geçmişi vardı ve diğerinin zayıf bir yıldız emisyon geçmişi vardı.

“…atmosferinin günümüze kadar hayatta kalmasının, hem X-ışını hem de dönüş hızı ölçümleriyle eşleşen alışılmadık derecede zayıf bir XUV ışınlama geçmişiyle tutarlı olduğunu” buldular.

Peki gezegenlerinden biri çölde hayatta kalan bu sistemde ne oldu?

Önceki araştırmalar, bu olağandışı senaryonun, gezegenin geç içe doğru göçünden ve bunu Roche lobu taşması olarak adlandırılan olaydan kaynaklandığını ileri sürdü. Roche lobu taşması tipik olarak, bir yıldızın tüm kütlesini tutamadığı ve ekstra malzemenin ikinci yıldızın etrafında bir birikim diski oluşturduğu ikili yıldız sistemlerinde meydana gelir. Ancak bu durumda bir gezegenden malzeme çeken tek bir yıldız var ve bu daha önceki araştırmaya göre gezegen, malzemesinin çoğunu yıldıza kaptıran Jüpiter kütleli bir gezegen olarak başladı ve Neptün büyüklüğündeki LTT 9779 b’yi geride bıraktı. .

Ancak bu çalışmaya göre bu açıklama geçerli değil. Bu araştırmacılar göçü içermeyen farklı bir sonuca ulaştı.

“LTT 9779’un büyük olasılıkla anormal derecede yavaş dönen bir yıldız olarak oluştuğu ve yakın Neptün büyüklüğündeki gezegen LTT 9779 b’nin alışılmadık derecede düşük X-ışını nedeniyle Neptün çölünde günümüze kadar hayatta kalabildiği sonucuna vardık. ışınlama” diye yazıyorlar sonuç kısmında.

Daha fazla destekleyici kanıt gezegenin atmosferinden geliyor. Son derece yüksek metalikliğe sahiptir ve daha ağır moleküllerin soyulması, hafif olanlara göre daha zordur. Ayrıca yıldızın radyasyonunun bir kısmını yansıtan yüksek bir albedoya sahiptir. Bu ancak LTT 9770 b’nin atmosferini korumasına yardımcı olmuş olabilir.

Bu araştırma, Neptün Çölü’nün arkasında foto buharlaşmanın olduğu fikrini desteklemektedir. Neptün Çölü’nde atmosferini koruyan tek gezegenin çok yavaş dönen, zayıf emisyonlu bir yıldızın etrafında olması ve zayıf emisyonların bununla hiçbir ilgisinin olmaması inanılmaz bir tesadüf olurdu. Bu, saflığı zorlayacaktır.

“Son olarak, Neptün çölünün derinliklerinde gaz zarfına sahip olduğu bilinen tek gezegenin aynı zamanda X-ışını sönük bir yıldıza sahip olması açısından alışılmadık bir durum olduğu yönündeki sonucumuz, Neptün çölünün birincil kökeninin X-ışını kaynaklı fotobuharlaşma olduğu yönündeki öneriyi güçlü bir şekilde destekliyor. ”