La NASA svela il mistero della contrazione degli esopianeti

Un nuovo studio potrebbe spiegare gli esopianeti “mancanti” tra le super-Terre e i pianeti sub-nettuniani.

Sembra che alcuni esopianeti stiano perdendo la loro atmosfera e riducendosi. In un nuovo studio utilizzando NASAUtilizzando il telescopio spaziale Kepler in disuso, gli astronomi hanno trovato prove di una possibile causa: che i nuclei di questi pianeti spingono le loro atmosfere dall’interno verso l’esterno.

Divario nelle dimensioni degli esopianeti

Esopianeti (pianeti al di fuori del nostro sistema solare) Disponibile in varie dimensioniDai piccoli pianeti rocciosi agli enormi giganti gassosi. Nel mezzo c’è una roccia Super Terra E sub-Nettuno più grandi con atmosfere gonfie. Ma c’è un’evidente assenza – il “divario dimensionale” – di pianeti tra 1,5 e 2 volte la dimensione della Terra (o tra super-Terre e pianeti sub-nettuniani) che gli scienziati stanno lavorando per comprendere meglio.

“Gli scienziati hanno ora confermato la scoperta di più di 5.000 esopianeti, ma ci sono meno pianeti con un diametro compreso tra 1,5 e 2 metri”, ha affermato Jesse Christiansen, ricercatore presso Caltech/IPAC e responsabile scientifico dell’Exoplanet Archive della NASA. della Terra. Autore del nuovo studio in Rivista astronomica. “Gli scienziati degli esopianeti ora hanno dati sufficienti per dire che questo divario non è solo un colpo di fortuna. C’è qualcosa che impedisce ai pianeti di raggiungerli e/o rimanerci.”

Il concept di questo artista mostra come potrebbe apparire l’esopianeta TOI-421 b di Nettuno. In un nuovo studio, gli scienziati hanno trovato nuove prove che indicano come questi tipi di pianeti perdono la loro atmosfera. Fonte: NASA, Agenzia spaziale europea, Agenzia spaziale canadese e D. Giocatore (STScI)

I ricercatori ritengono che questo divario possa essere spiegato dal fatto che alcuni sottopianeti perdono la loro atmosfera nel tempo. Questa perdita si verificherebbe se il pianeta non avesse massa sufficiente, e quindi forza gravitazionale, per trattenere la sua atmosfera. Quindi i pianeti subnettuniani che non sono abbastanza massicci si ridurranno fino alle dimensioni di una super-Terra, lasciando un divario tra le dimensioni dei due pianeti.

Ma il modo in cui questi pianeti perdono la loro atmosfera è rimasto un mistero. Gli scienziati hanno individuato due possibili meccanismi: uno è chiamato perdita di massa come energia fondamentale; L’altro è la fotoevaporazione. Lo studio ha rivelato nuove prove a sostegno della prima ipotesi.

Questo video spiega le differenze tra i principali tipi di esopianeti, ovvero pianeti esterni al nostro sistema solare. Credito: NASA/Laboratorio di propulsione a reazione-Istituto di tecnologia della California

risolvi il puzzle

La perdita di massa dal nucleo si verifica quando la radiazione proveniente dal nucleo caldo di un pianeta spinge l’atmosfera lontano dal pianeta nel tempo, “e tale radiazione spinge l’atmosfera dal basso”, ha detto Christiansen.

L’altra spiegazione principale del gap planetario è la fotoevaporazione, che si verifica quando l’atmosfera di un pianeta viene fatta esplodere dalla radiazione calda della sua stella ospite. In questo scenario, “la radiazione ad alta energia della stella agisce come un asciugacapelli su un cubetto di ghiaccio”, ha detto.

Mentre si ritiene che la fotoevaporazione avvenga entro i primi 100 milioni di anni di vita del pianeta, si ritiene che la perdita di massa dovuta all’energia fondamentale avvenga molto più tardi, circa un miliardo di anni dopo la vita del pianeta. Ma con entrambi i meccanismi, “se non hai abbastanza massa, non sarai in grado di resistere, perderai la tua atmosfera e ti restringerai”, ha aggiunto Christiansen.

Questo grafico descrive in dettaglio i principali tipi di esopianeti. Gli scienziati stanno lavorando per comprendere meglio il “gap dimensionale”, o l’apparente assenza, dei pianeti che si trovano tra le super-Terre e i pianeti sub-nettuniani. Fonte immagine: NASA/JPL-Caltech

Scoprire prove attraverso l’osservazione

In questo studio, Chittiansen e coautori hanno utilizzato i dati del K2 della NASA, una missione di estensione del telescopio spaziale Kepler, per osservare gli ammassi stellari Praesepe e Iadi, che hanno tra 600 e 800 milioni di anni. Poiché si ritiene generalmente che i pianeti abbiano la stessa età della loro stella ospite, i pianeti sub-nettuniani in questo sistema avranno ben oltre l’età in cui può verificarsi la fotoevaporazione, ma non sono abbastanza vecchi per subire una perdita di massa dell’energia del nucleo.

Quindi, se il team vede che ci sono molti pianeti subnettuniani in Prasepe e Iadi (rispetto alle stelle più vecchie in altri ammassi), può concludere che la fotoevaporazione non è avvenuta. In questo caso, la perdita di massa dovuta all’energia fondamentale sarebbe la spiegazione più probabile di ciò che accade nel tempo alla massa meno massiccia del sub-Nettuno.

Osservando Brycepe e Haades, i ricercatori hanno scoperto che quasi il 100% delle stelle in questi ammassi contengono ancora una sottostella.Nettuno Un pianeta o un pianeta candidato nella loro orbita. A giudicare dalle dimensioni di questi pianeti, i ricercatori ritengono che abbiano mantenuto la loro atmosfera.

Questa illustrazione raffigura il cacciatore di esopianeti della NASA, il telescopio spaziale Kepler. L’agenzia ha annunciato il 30 ottobre 2018 che Kepler aveva esaurito il carburante e che si sarebbe ritirato nella sua orbita attuale e sicura, lontano dalla Terra. Keplero ha lasciato un’eredità di oltre 2.600 scoperte di esopianeti. Credito immagine: NASA/Wendy Stenzel/Daniel Rutter

Ciò differisce dalle altre stelle più vecchie osservate da K2 (stelle più vecchie di 800 milioni di anni), solo il 25% delle quali orbitano sotto-Nettuno. L’età più avanzata di queste stelle è più vicina all’intervallo di tempo in cui si ritiene che si verifichi la perdita fondamentale di massa energetica.

Da queste osservazioni, il team ha concluso che la fotoevaporazione non poteva essersi verificata a Praesepe e Hyades. Se ciò fosse accaduto, sarebbe accaduto centinaia di milioni di anni fa, e su questi pianeti sarebbe rimasta poca, se non nessuna, atmosfera. Ciò rende la perdita di massa indotta dal nucleo la spiegazione principale di ciò che probabilmente sta accadendo alle atmosfere di questi pianeti.

La ricerca in corso e l’eredità di Keplero

Il team di Christiansen ha trascorso più di cinque anni a costruire il catalogo dei pianeti necessario per lo studio. Ma la ricerca è ancora lungi dall’essere completata e l’attuale comprensione della fotoevaporazione e/o della fondamentale perdita di massa energetica potrebbe evolversi ulteriormente. I risultati dovranno probabilmente essere testati da studi futuri prima che qualcuno possa annunciare che il mistero di questo divario planetario è stato risolto una volta per tutte.

Questo studio è stato condotto utilizzando l’Exoplanet Archive della NASA, che è gestito dal California Institute of Technology di Pasadena sotto contratto con la NASA come parte del Exoplanet Exploration Program, e si trova presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California. JPL è una divisione del California Institute of Technology.

Riferimento: “Scalatura di K2. VII. “Evidence for a High Rate of Mesozoic Hot Sub-Nettune Creation” di 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 e Saki Burri, 15 novembre 2023, Rivista astronomica.
doi: 10.3847/1538-3881/acf9f9

La missione Kepler della NASA

Il 30 ottobre 2018, Kepler ha esaurito il carburante e ha concluso la sua missione dopo nove anni, durante i quali ha scoperto più di 2.600 pianeti confermati attorno ad altre stelle insieme a migliaia di ulteriori candidati che gli astronomi stanno lavorando per confermare.

L’Ames Research Center della NASA nella Silicon Valley, in California, gestisce le missioni Kepler e K2 per il Science Mission Directorate della NASA. Il JPL ha gestito lo sviluppo della missione Kepler. Ball Aerospace & Technologies Corporation ha gestito il sistema di volo con il supporto del Laboratorio di fisica atmosferica e spaziale dell’Università del Colorado a Boulder.