Astronomowie odkrywają tajemnicze pochodzenie „superziemi”
Najczęściej występującą populacją egzoplanet są mini-Neptuny i superziemie, nawet czterokrotnie większe od naszej planety. Do tej pory uważano, że superziemie to skaliste jądra mini-Neptunów, których gazowa atmosfera została zdmuchnięta. W nowym badaniu opublikowanym w The Astrophysical Journal astronomowie z McGill University pokazują, że niektóre z tych egzoplanet nigdy nie miały atmosfery gazowej, co rzuca nowe światło na ich tajemnicze pochodzenie.
Z obserwacji wiemy, że około 30-50% gwiazd posiada jedną lub drugą, a obie populacje pojawiają się w mniej więcej równych proporcjach. Ale skąd one pochodzą?
Jedna z teorii głosi, że większość egzoplanet rodzi się jako mini-Neptuny, ale niektóre z nich są pozbawione powłok gazowych przez promieniowanie gwiazd macierzystych, przez co pozostaje jedynie gęste, skaliste jądro. Teoria ta przewiduje, że w naszej galaktyce jest bardzo niewiele mniejszych egzoplanet wielkości Ziemi, znanych jako ziemie i mini-ziemie. Jednak ostatnie obserwacje pokazują, że tak nie jest.
Aby dowiedzieć się więcej, astronomowie wykorzystali symulację do śledzenia ewolucji tych tajemniczych egzoplanet. W modelu wykorzystano obliczenia termodynamiczne oparte na masie ich skalistych jąder, ich odległości od gwiazd macierzystych oraz temperatury otaczającego gazu.
„Wbrew wcześniejszym teoriom nasze badanie pokazuje, że niektóre egzoplanety nie są w stanie zbudować atmosfery gazowej” – mówi współautorka pracy, Eve Lee, adiunkt na Wydziale Fizyki Uniwersytetu McGill i McGill Space Institute.
Odkrycia sugerują, że nie wszystkie superziemie są pozostałościami mini-Neptunów. Egzoplanety powstały raczej w wyniku pojedynczego rozmieszczenia rozkładu skał, powstałych w wirującym dysku gazu i pyłu wokół gwiazd macierzystych. „Na niektórych kamieniach powstały powłoki gazowe, podczas gdy inne pojawiły się i pozostały skalistymi superziemiami” – dodaje.
Jak rodzą się superziemie i mini-Neptuny?
Uważa się, że planety powstają w wirującym dysku gazu i pyłu wokół gwiazd. Skały większe od Księżyca mają wystarczającą siłę grawitacji, aby przyciągnąć otaczający gaz, tworząc powłokę wokół jądra. Z biegiem czasu powłoka ta ochładza się i kurczy, tworząc przestrzeń do wciągania większej ilości otaczającego gazu, powodujące wzrost egzoplanety. Gdy cała powłoka ostygnie do tej samej temperatury, co otaczający ją gaz mgławicowy, skorupa nie może się już kurczyć, a wzrost się zatrzymuje.
W przypadku mniejszych jąder powłoka ta jest malutka, więc pozostają skaliste egzoplanety. Różnica między superziemiami a mini-Neptunami wynika ze zdolności tych skał do wzrostu i zatrzymywania powłok gazowych.
„Nasze odkrycia pomagają wyjaśnić pochodzenie dwóch populacji egzoplanet i być może ich rozpowszechnienie. Korzystając z teorii zaproponowanej w badaniu, mogliśmy ostatecznie rozszyfrować, jak powszechne mogą być skaliste egzoplanety, takie jak ziemie i mini-ziemie” – mówi Lee.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
McGill
Urania
