Nowy model, który uwzględnia wzajemne oddziaływanie sił działających na nowo narodzone planety, może wyjaśnić dwie zagadkowe obserwacje, które pojawiały się wielokrotnie wśród ponad 3800 skatalogowanych do tej pory układów planetarnych.
Jedna zagadka znana jako „dolina promienia” odnosi się do rzadkości egzoplanet o promieniu około 1,8 razy większym od Ziemi. Sonda Kepler NASA obserwowała planety tej wielkości około 2-3 razy rzadziej niż superziemie o promieniu około 1,4 razy większym od Ziemi i mini-Neptuny o promieniu około 2,5 razy większym od Ziemi. Druga tajemnica, znana jako „groszek w strąku”, odnosi się do sąsiednich planet podobnej wielkości, które znaleziono w setkach układów planetarnych. Należą do nich TRAPPIST-1 i Kepler-223, które również charakteryzują się orbitami planet o niemal muzycznej harmonii.
„Wierzę, że jako pierwsi wyjaśniliśmy dolinę promienia za pomocą modelu formowania się planet i dynamicznej ewolucji, który w spójny sposób uwzględnia liczne ograniczenia obserwacji” – powiedział André Izidoro z Rice University, autor badania opublikowanego w tym tygodniu w Astrophysical Journal. Listy. „Jesteśmy również w stanie wykazać, że model formowania się planet obejmujący gigantyczne uderzenia jest zgodny z cechą grochu w kapsułce egzoplanet”.
Izidoro, Welch Postdoctoral Fellow w finansowanym przez NASA projekcie Rice CLEVER Planets, wraz ze współautorami wykorzystali superkomputer do symulacji pierwszych 50 milionów lat rozwoju układów planetarnych przy użyciu modelu migracji planet. W modelu protoplanetarne dyski gazu i pyłu, które dają początek młodym planetom, również oddziałują z nimi, przyciągając je bliżej swoich gwiazd macierzystych i zamykając je w rezonansowych łańcuchach orbitalnych. Łańcuchy zostają zerwane w ciągu kilku milionów lat, kiedy zniknięcie dysku protoplanetarnego powoduje niestabilność orbity, która powoduje, że dwie lub więcej planet zderza się ze sobą.
Modele migracji planet zostały wykorzystane do badania układów planetarnych, które zachowały swoje rezonansowe łańcuchy orbitalne. Na przykład koledzy z Izidoro i CLEVER Planets wykorzystali model migracji w 2021 r., aby obliczyć maksymalną ilość zakłóceń, jakie siedmioplanetowy system TRAPPIST-1 mógłby wytrzymać podczas bombardowania i nadal zachowywać swoją harmonijną strukturę orbitalną.
W nowym badaniu Izidoro współpracował z badaczami CLEVER Planets Rajdeep Dasgupta i Andrea Isellą, obydwoma z Rice, Hilke Schlichting z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles oraz Christianem Zimmermannem i Bertramem Bitschem z Instytutu Astronomii Maxa Plancka w Heidelbergu w Niemczech .
„Migracja młodych planet w kierunku ich gwiazd macierzystych powoduje przeludnienie i często prowadzi do katastrofalnych kolizji, które pozbawiają planety atmosfery bogatej w wodór” – powiedział Izidoro. „Oznacza to, że gigantyczne uderzenia, takie jak ten, który uformował nasz księżyc, są prawdopodobnie ogólnym wynikiem formowania się planet”.
Badania sugerują, że planety występują w dwóch „smakach”, super-Ziemie, które są suche, skaliste i o 50% większe niż Ziemia, oraz mini-Neptuny, które są bogate w lód wodny i są około 2,5 razy większe niż Ziemia. Izidoro powiedział, że nowe obserwacje wydają się potwierdzać wyniki, które stoją w sprzeczności z tradycyjnym poglądem, że zarówno superziemie, jak i mini-Neptuny są wyłącznie suchymi i skalistymi światami.
Na podstawie swoich odkryć naukowcy opracowali prognozy, które mogą być testowane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba NASA. Sugerują na przykład, że ułamek planet około dwukrotnie większych od Ziemi zachowa swoją pierwotną atmosferę bogatą w wodór i będzie bogaty w wodę.
Badania zostały sfinansowane przez NASA (80NSSC18K0828), Fundację Welch (C-2035-20200401) oraz Europejską Radę ds. Badań Naukowych (757448-PAMDORA).
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Uniwersytet Ryżowy. Oryginał napisany przez Jade Boyd. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.