Künstlerische Darstellung eines schrumpfenden Exoplaneten. (ESA/Hubble, NASA, M. Kornmesser) Die Entdeckung mehrerer scheinbar schrumpfender Exoplaneten scheint ein „fehlendes Glied“ in der Planetenentwicklung zu lösen.
Es wurde festgestellt, dass vier Mini-Neptune in unmittelbarer Nähe ihrer Sterne ihre Atmosphären mit einer Geschwindigkeit austreten lassen, die einem möglichen Totalverlust entspricht. Dies deutet darauf hin, dass diese Welten irgendwann zu terrestrischen, etwa erdgroßen Planeten schrumpfen werden – und darüber hinaus ist es die Schuld ihrer Sterne, dass sie dies tun werden.
Obwohl Wissenschaftler schon lange davon ausgehen, dass diese beiden Arten von Exoplaneten miteinander verbunden sind, war der Weg, auf dem die Mini-Neptune ihre Atmosphäre verloren, unbekannt.
Auch wenn möglicherweise noch andere Mechanismen eine Rolle spielen, deuten die neu identifizierten schrumpfenden Welten darauf hin, dass die Ablösung durch Sternbestrahlung der führende Faktor ist.
Die Milchstraße ist ein großer, vielfältiger Ort, und es wurden bisher viele Arten von Exoplaneten identifiziert, die sich stark von denen unterscheiden, die wir in unserem eigenen Sonnensystem finden. Eine davon ist die Mini-Neptun – die häufigste Art von Welt, die von der Kepler-Mission entdeckt wurde, die jedoch in unserer eigenen kleinen Ecke der Galaxie bemerkenswerterweise fehlt.
Dies sind Welten, die massereicher als die Erde und weniger massereich als Neptun sind, aber dennoch von einer Neptun-ähnlichen dicken Atmosphäre aus Wasserstoff und Helium umgeben sind. Interessanterweise scheinen diese Exoplaneten nicht kleiner als etwa das Doppelte des Erdradius zu werden.
Supererden sind die nächstniedrigere Kategorie, Exoplaneten, die zwischen dem 1- und 1,5-fachen Erdradius haben. Zwischen etwa 1,5 und 2 Erdradien gibt es eine merkwürdige Lücke, in der Exoplaneten äußerst selten sind. Dies ist als bekannt kleine Planetenradiuslücke .
Wissenschaftler glauben, dass diese Lücke besteht, weil Exoplaneten oberhalb einer bestimmten kritischen Grenze genug Masse haben, um eine wesentliche Uratmosphäre zu behalten, die ihre Größe vergrößert und sie in die Klasse der Mini-Neptune einordnet. Supererden hingegen haben nicht genügend Masse und haben entweder ihre ursprüngliche Atmosphäre verloren oder hatten nie eine solche.
Die nächste Frage ist dann, wenn diese Exoplaneten ursprünglich eine Uratmosphäre hatten, wie sind sie dann verloren gegangen?
Ein möglicher Weg, der als kerngetriebener Massenverlust bezeichnet wird, ist die innere Wärme, die bei der Planetenentstehung entsteht, bei der gravitative Bindungsenergie in Wärme umgewandelt wird, die die Uratmosphäre ausstößt. Die andere Methode nennt sich Photoverdampfung, bei der intensive Röntgen- und Ultraviolettstrahlung des jungen Sterns die Atmosphäre des Exoplaneten zerstört.
Um herauszufinden, welches dieser Szenarien zur Umwandlung von Mini-Neptunen in Supererden führt, müssen austretende Exoplaneten beobachtet und die Geschwindigkeit bestimmt werden, mit der sie an Masse verlieren.
Dies bringt uns zurück zu einem neuen Artikel eines Forscherteams unter der Leitung des Astronomen Michael Zhang vom California Institute of Technology (Caltech). Mithilfe der Spektroskopie untersuchten sie die Atmosphären von vier jungen, nahegelegenen Mini-Neptunen, die den Planeten umkreisten orangefarbene Zwergsterne , um die Geschwindigkeit zu bestimmen, mit der diese Exoplaneten Helium in den Weltraum abgeben.
Zu diesen vier Mini-Neptunen gehört einer namens TOI 560b , dessen Radius 2,8-mal so groß ist wie der der Erde, dessen Analyse von Zhang und seinen Kollegen veröffentlicht wurde früher in diesem Jahr .
Die anderen drei sind neu: TOI 1430.01, 2,1-mal so groß wie die Erde; TOI 1683.01, 2,3-mal so groß wie die Erde; und TOI 2076b, 2,52-mal so groß wie die Erde.
Das Team stellte fest, dass auf allen vier Planeten erhebliche Heliumausflüsse auftraten, die mit der Photoverdampfung und nicht mit einem kerngetriebenen Massenverlust vereinbar waren. Darüber hinaus reicht diese Verlustrate aus, um die Atmosphären dieser Exoplaneten in nur wenigen hundert Millionen Jahren zu zerstören, stellte das Team fest – das ist im kosmischen Kontext ein ziemlich kurzer Zeitrahmen.
Das Team sagt, dass ihre Ergebnisse darauf hindeuten, dass die meisten Mini-Neptune, die sonnenähnliche Sterne umkreisen, sich wahrscheinlich durch Photoverdampfung in Supererden verwandeln.
„Wir kommen zu dem Schluss, dass viele, wenn nicht alle dieser Planeten ihre wasserstoffreiche Hülle verlieren und zu Supererden werden“, sagen Zhang und Kollegen schreiben Sie in ihre Arbeit , das wartet Peer-Review .
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die meisten Mini-Neptune, die sonnenähnliche Sterne umkreisen, Uratmosphären haben und dass Photoverdampfung ein effizienter Mechanismus ist, um diese Atmosphären zu entfernen und diese Planeten in Supererden umzuwandeln.“
Die Forschung wurde eingereicht Das Astronomische Journal , und ist verfügbar unter arXiv .