Künstlerische Darstellung eines schrumpfenden Exoplaneten. (ESA/Hubble, NASA, M. Kornmesser) Also über 4.000 Bisher wurden Exoplaneten identifiziert und bestätigt, die andere Sterne in der Milchstraße umkreisen. Aus dieser Population hat sich ein merkwürdiges Muster herauskristallisiert: Es gibt äußerst wenige Exoplaneten, die zwischen dem 1,5- und 2-fachen der Größe der Erde sind und nahe an ihren Sternen kreisen, ein Phänomen, das als bekannt ist kleine Planetenradiuslücke .
Wohin sind sie alle gegangen? Gab es sie überhaupt? Es ist ein bizarres Rätsel, aber neue Forschungen haben uns vielleicht einer Antwort näher gebracht. Beobachtungen, Simulationen und Modellierungen zufolge ist es wahrscheinlich, dass diese Exoplaneten tatsächlich existierten und im Laufe der Milliarden von Jahren geschrumpft sind.
„Der übergeordnete Punkt ist, dass Planeten nicht die statischen Kugeln aus Gestein und Gas sind, als die wir sie uns manchmal vorstellen.“ sagte der Astrophysiker Trevor David des Flatiron Institute in New York City.
Die Lücke im kleinen Planetenradius, die erstmals 2017 identifiziert wurde, ist interessant, weil sie zwischen zwei Klassifikationen von Exoplaneten liegt – erdgroße Welten und Mini-Neptune, die kleiner als Neptun sind, aber dennoch sehr dichte Neptun-ähnliche Atmosphären haben.
Es gibt mehrere mögliche Szenarien, die Wissenschaftler zur Erklärung dieser seltsamen Anomalie vorgeschlagen haben. Eine davon ist, dass sie vielleicht gerade haben so entstanden , aus Materialwolken, die zu spärlich sind, um eine Neptun-ähnliche Atmosphäre aufzubauen – aber die führende Theorie besagt, dass die Exoplaneten zunächst größer wurden, bevor sie später aufgrund von atmosphärischem Verlust schrumpften.
Diese Idee wurde bereits zuvor untersucht, aber David und sein Team fügten ihrer Analyse einen neuen Parameter hinzu: das Alter der Exoplaneten, die gleichzeitig mit ihren Sternen entstehen.
Sie wählten eine Reihe von Exoplaneten aus, die weniger als zehnmal so groß wie die Erde waren California-Kepler-Umfrage , ein Projekt zur Messung der genauen Eigenschaften von Exoplaneten und ihren Muttersternen.
Mithilfe dieser Daten konnten sie genau eine Population im richtigen Größenbereich ermitteln. Anschließend berechneten sie das Alter der Sterne anhand ihrer chemischen Zusammensetzung und Lichtschwankungen – zwei Eigenschaften, die mit dem Alter eines Sterns zusammenhängen.
Von da an bestand der nächste Schritt darin, die Systeme in zwei Populationen aufzuteilen – jene, die jünger als etwa 2 Milliarden Jahre sind, und jene, die älter sind. (Das Sonnensystem ist zum Vergleich etwa 4,6 Milliarden Jahre alt.) Als sie dies getan hatten, bemerkten die Forscher ein interessantes Muster.
Die Massenlücke ist nicht völlig leer, und die Verteilung der Exoplaneten in dieser Lücke schien nach Alter unterteilt zu sein. Bei den jüngeren Systemen war die Lücke im Bereich von 1,6 Erdradien am leersten. Bei den älteren Systemen war es etwa 1,8 Erdradien entfernt am leersten.
Das Forschungsteam interpretierte dies so, dass einige Mini-Neptune im Laufe von Milliarden von Jahren ziemlich dramatisch schrumpfen, ihre Atmosphäre verlieren und schließlich nur noch einen nackten Kern zurücklassen – irgendetwas Wir haben vielleicht Genau genommen bei Exoplaneten beobachtet .
Oberhalb einer bestimmten kritischen Grenze haben die Mini-Neptune genug Masse, um ihre Atmosphäre gravitativ festzuhalten, was zu der beobachteten Lücke führt.
Was den atmosphärischen Verlust verursacht, ist noch unbekannt.
Ein vorgeschlagenes Szenario ist Asteroid oder Meteoritenbeschuss. Angesichts der Tatsache, dass der beobachtete Prozess Milliarden von Jahren dauert, sei das unwahrscheinlich, kamen die Forscher zu dem Schluss; Ein Bombardement würde die Atmosphäre in viel kürzeren Zeiträumen, in weniger als 100 Millionen Jahren, zerstören.
Damit bleiben zwei Hauptoptionen übrig. Das erste ist Photoverdampfung , wo die Nähe zwischen Stern und Planet ausreicht, damit die Strahlung des Sterns die Atmosphäre zerstört. Die zweite Möglichkeit ist die Kernkühlung, bei der die aus dem Planetenkern entweichende Wärme in die Atmosphäre gelangt und dabei hilft, sie aus dem Inneren abzuleiten.
Diese beiden unterschiedlichen Prozesse laufen auf unterschiedlichen Zeitskalen ab, was beide zu den Beobachtungen des Teams passen. Dies bedeutet, dass weitere Analysen erforderlich sind, um zu bestimmen, was genau schrumpfende Exoplaneten sind.
„Wahrscheinlich sind beide Effekte wichtig“, sagte David „Aber wir brauchen ausgefeiltere Modelle, um zu sagen, wie viel jeder von ihnen wann beiträgt.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Das Astronomische Journal .