NASA onthult het mysterie van krimpende exoplaneten

Een nieuwe studie zou de ‘ontbrekende’ exoplaneten tussen superaardse en sub-Neptuniaanse planeten kunnen verklaren.

Sommige exoplaneten lijken hun atmosfeer te verliezen en te krimpen. In een nieuwe studie met behulp van NASAMet behulp van de gepensioneerde Kepler-ruimtetelescoop hebben astronomen bewijs gevonden voor een mogelijke oorzaak: dat de kernen van deze planeten hun atmosfeer van binnen naar buiten uit elkaar duwen.

Grootteverschil tussen exoplaneten

Exoplaneten (planeten buiten ons zonnestelsel) Verkrijgbaar in verschillende matenVan kleine rotsachtige planeten tot enorme gasreuzen. In het midden ligt een rots Superaarde En grotere sub-Neptunussen met een gezwollen atmosfeer. Maar er is een opvallende afwezigheid – de ‘groottekloof’ – van planeten die 1,5 tot 2 keer zo groot zijn als de aarde (of tussen superaardse en sub-Neptuniaanse planeten) die wetenschappers proberen beter te begrijpen.

“Wetenschappers hebben nu de ontdekking van meer dan 5.000 exoplaneten bevestigd, maar er zijn minder planeten met een diameter van 1,5 tot 2 meter”, zegt Jesse Christiansen, onderzoekswetenschapper bij Caltech/IPAC en wetenschappelijk hoofd van NASA’s Exoplanet Archive. van de aarde. Auteur van de nieuwe studie in Astronomisch tijdschrift. “Exoplaneetwetenschappers hebben nu genoeg gegevens om te zeggen dat deze kloof niet alleen maar een toevalstreffer is. Er is iets aan de hand dat verhindert dat planeten daar komen en/of blijven.”

Het concept van deze kunstenaar laat zien hoe Neptunus’ exoplaneet TOI-421 b eruit zou kunnen zien. In een nieuwe studie hebben wetenschappers nieuw bewijs gevonden dat aangeeft hoe dit soort planeten hun atmosfeer verliezen. Bron: NASA, European Space Agency, Canadian Space Agency en D. Speler(STScI)

Onderzoekers geloven dat deze kloof kan worden verklaard doordat sommige subplaneten in de loop van de tijd hun atmosfeer verliezen. Dit verlies zou optreden als de planeet niet genoeg massa, en dus zwaartekracht, zou hebben om zijn atmosfeer vast te houden. Dus sub-Neptuniaanse planeten die niet massief genoeg zijn, zullen krimpen tot ongeveer de grootte van superaardes, waardoor er een kloof ontstaat tussen de twee planeetgroottes.

Maar hoe deze planeten hun atmosfeer verliezen is een mysterie gebleven. Wetenschappers hebben twee mogelijke mechanismen vastgesteld: het ene wordt massaverlies als fundamentele energie genoemd; De andere is fotoverdamping. De studie onthulde nieuw bewijsmateriaal dat het eerste ondersteunt.

In deze video worden de verschillen uitgelegd tussen de belangrijkste soorten exoplaneten, oftewel planeten buiten ons zonnestelsel. Krediet: NASA/Laboratorium voor straalaandrijving-Californië Instituut voor Technologie

de puzzel oplossen

Het verlies aan massa uit de kern vindt plaats wanneer straling van de hete kern van een planeet de atmosfeer in de loop van de tijd van de planeet wegduwt, “en die straling duwt de atmosfeer van onderaf”, zei Christiansen.

De andere belangrijke verklaring voor een planetaire kloof is fotoverdamping, die optreedt wanneer de atmosfeer van een planeet explodeert door de hete straling van zijn gastster. In dit scenario “werkt de hoogenergetische straling van de ster als een haardroger op een ijsblokje”, zei ze.

Terwijl wordt aangenomen dat fotoverdamping plaatsvindt binnen de eerste 100 miljoen jaar van het leven van de planeet, wordt aangenomen dat massaverlies als gevolg van fundamentele energie veel later plaatsvindt – ongeveer een miljard jaar na het leven van de planeet. Maar met beide mechanismen: “Als je niet genoeg massa hebt, kun je het niet volhouden, verlies je je atmosfeer en krimp je”, voegde Christiansen eraan toe.

Deze kaart beschrijft de belangrijkste soorten exoplaneten. Wetenschappers werken aan een beter begrip van de ‘groottekloof’, of schijnbare afwezigheid, van planeten die tussen superaardse en sub-Neptuniaanse planeten liggen. Bron afbeelding: NASA/JPL-Caltech

Bewijsmateriaal ontdekken door observatie

In deze studie gebruikten Chittiansen en co-auteurs gegevens van NASA’s K2, een uitbreidingsmissie van de Kepler-ruimtetelescoop, om naar de sterrenhopen Praesepe en Hyades te kijken, die tussen de 600 miljoen en 800 miljoen jaar oud zijn. Omdat algemeen wordt aangenomen dat planeten even oud zijn als hun gastster, zullen sub-Neptuniaanse planeten in dit systeem de leeftijd waarop fotoverdamping kan optreden ver voorbij zijn, maar zijn ze niet oud genoeg om massaverlies door kernenergie te ondergaan.

Als het team dus ziet dat er veel sub-Neptuniaanse planeten in Prasepe en Hyades voorkomen (vergeleken met oudere sterren in andere clusters), kunnen ze concluderen dat er geen fotoverdamping heeft plaatsgevonden. In dit geval zou massaverlies als gevolg van fundamentele energie de meest waarschijnlijke verklaring zijn voor wat er in de loop van de tijd met de minder massieve massa van sub-Neptunus gebeurt.

Door Brycepe en Haades te observeren ontdekten de onderzoekers dat bijna 100% van de sterren in deze clusters nog steeds een subster bevatten.Neptunus Een planeet of kandidaatplaneet in hun baan. Afgaande op de grootte van deze planeten denken onderzoekers dat ze hun atmosfeer hebben behouden.

Deze illustratie toont NASA’s exoplaneetjager, de Kepler-ruimtetelescoop. Het bureau maakte op 30 oktober 2018 bekend dat de Kepler geen brandstof meer had en dat hij zich zou terugtrekken binnen zijn huidige en veilige baan, ver van de aarde. Kepler heeft een erfenis nagelaten van meer dan 2.600 ontdekkingen van exoplaneten. Afbeelding tegoed: NASA/Wendy Stenzel/Daniel Rutter

Dit verschilt van de andere oudere sterren waargenomen door K2 (sterren ouder dan 800 miljoen jaar), waarvan slechts 25% in een baan rond sub-Neptunus draait. De oudere leeftijd van deze sterren ligt dichter bij het tijdsbestek waarin wordt aangenomen dat er fundamenteel energiemassaverlies optreedt.

Op basis van deze waarnemingen concludeerde het team dat fotoverdamping niet had kunnen plaatsvinden bij Praesepe en Hyades. Als dat was gebeurd, zou het honderden miljoenen jaren geleden zijn gebeurd, en zouden deze planeten weinig of geen atmosfeer meer hebben gehad. Dit maakt kern-geïnduceerd massaverlies de belangrijkste verklaring voor wat er waarschijnlijk met de atmosfeer van deze planeten gebeurt.

Lopend onderzoek en de erfenis van Kepler

Het team van Christiansen heeft meer dan vijf jaar besteed aan het samenstellen van de planetencatalogus die nodig is voor onderzoek. Maar het onderzoek is nog lang niet voltooid en het huidige begrip van fotoverdamping en/of fundamenteel energiemassaverlies zou verder kunnen evolueren. De resultaten zullen waarschijnlijk moeten worden getest door toekomstige studies voordat iemand kan aankondigen dat het mysterie van deze planetaire kloof voor eens en voor altijd is opgelost.

Deze studie werd uitgevoerd met behulp van het Exoplanet Archive van NASA, dat wordt beheerd door het California Institute of Technology in Pasadena onder contract van NASA als onderdeel van het Exoplanet Exploration Program, en dat zich bevindt in het Jet Propulsion Laboratory van NASA in Zuid-Californië. JPL is een divisie van het California Institute of Technology.

Referentie: “Schaal van K2. VII. “Bewijs voor een hoog percentage Mesozoïsche hete sub-Neptunus-creatie” door Jesse L. Christiansen, John K. Zinke, Kevin K. Hardigree-Ullman, Rachel B. Fernandez, Philip F. Hopkins , Louisa M. Ripoll, Kirsten M. Polley, Galen J. Bergsten en Saki Burri, 15 november 2023, Astronomisch tijdschrift.
doi: 10.3847/1538-3881/acf9f9

NASA’s Kepler-missie

Op 30 oktober 2018 raakte Kepler zonder brandstof en beëindigde zijn missie na negen jaar, waarin het meer dan 2.600 bevestigde planeten rond andere sterren ontdekte, samen met duizenden extra kandidaten die astronomen momenteel proberen te bevestigen.

NASA’s Ames Research Center in Silicon Valley, Californië, beheert de Kepler- en K2-missies voor het Directoraat Wetenschapsmissies van NASA. JPL beheerde de ontwikkeling van de Kepler-missie. Ball Aerospace & Technologies Corporation exploiteerde het vluchtsysteem met steun van het Laboratorium voor Atmosferische en Ruimtefysica van de Universiteit van Colorado in Boulder.