Kepler’den elde edilen veriler dış gezegenlerin neden küçüldüğünü ortaya koyuyor

Evrenin her yerinde, farklı şekil, boyut, renk ve daha fazlasına sahip yıldızların etrafında dönen milyarlarca, hatta belki de trilyonlarca ötegezegen vardır. Yörüngelerinde döndükleri yıldızlar gibi dış gezegenler de birçok farklı şekil, boyut ve renkte olabilir; bilim insanları dış gezegenleri dört gruptan birine sınıflandırır: gaz devleri, süper Dünyalar, Neptün altı ve karasallar.

İlginç bir şekilde, NASA, Avrupa Uzay Ajansı ve diğer kuruluşlar tarafından keşfedilen ve kataloglanan 5.000’den fazla dış gezegen arasında, Dünya’nın 1,5 ila 2 katı büyüklüğünde (süper Dünyalar ve Neptün altı gezegenler arasında) dış gezegenlerin ilginç bir şekilde yokluğu var. ). ). NASA’nın artık kullanımdan kaldırılan Kepler Uzay Teleskobu’ndan elde edilen verileri kullanan yeni bir çalışmada, bilim insanları, ötegezegenlerin çekirdeklerinin atmosferlerini içten dışa doğru ittiği bu boyut farkının neden var olduğuna dair bir ipucu bulmuş olabilirler.

“Bilim insanları şu anda 5.000’den fazla ötegezegenin keşfedildiğini doğruladılar, ancak beklenenden daha az gezegen var; çapı Dünya’nın 1,5 ila iki katı arasında değişiyor. Ötegezegen bilimciler artık bu boşluğun sadece bir tesadüf olmadığını söyleyecek yeterli veriye sahipler.” NASA Exoplanet Arşivi bilim lideri ve Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nden baş yazar Jesse Christiansen, “Gezegenlerin bu boyuta ulaşmasını ve/veya kalmasını engelleyen bir şeyler oluyor” dedi.

Daha önce de belirtildiği gibi, dış gezegenlerin boyut farkı, süper Dünyalar ile Neptün altı gezegenlerin boyutları arasında yer almaktadır. Bilim adamları, önceki çalışmaların Neptün’ün alt gezegenlerinin atmosferi kaybetmeye karşı savunmasız olduğunu göstermesi nedeniyle, Neptün’ün dış gezegenlerinin boyut farkının muhtemel nedeni olduğuna inanıyor. Dış gezegenler, atmosferlerini korumak için yeterli kütleye ve dolayısıyla yeterli çekim kuvvetine sahip olmadıkları takdirde atmosferlerini kaybedebilirler. Eğer bu atmosfer kaybı teorisi doğruysa ve Neptün altı gezegenler atmosferlerini koruyacak kadar kütleye sahip değilse, muhtemelen süper Dünya boyutlarına küçülecekler ve bu da süper Dünyalar ile alt gezegenler arasındaki boyut farkını açıklayacak. Neptün.

Ancak Neptün’ün altındaki gezegenlerin atmosferlerini kaybetme sürecinin kesin süreci yıllardır bir sır olarak kaldı. İki ana teori çekirdek enerji kütle kaybı ve fotobuharlaşmadır. Christiansen ve ark.’nın yeni Kepler çalışması. İlk teorinin kanıtını gösterdi: Temel enerjiyle kütle kaybı.

Daha önce de belirtildiği gibi, çekirdek kaynaklı kütle kaybı, bir gezegenin çekirdeğinin, gezegenin atmosferini içten dışa doğru ittiği süreçtir. Bu olay, bir gezegenin sıcak çekirdeğinden gelen radyasyonun gezegenin atmosferiyle etkileşime girmesi ve atmosferin yavaş yavaş yok olmasına neden olmasıyla ortaya çıkar.

Neptün altı gezegenlerdeki atmosfer kaybının ardındaki bir diğer teori, güneş rüzgarları ve patlamalar gibi ötegezegenin ev sahibi yıldızından gelen radyasyonun ötegezegenin etrafındaki atmosferi uçurması sonucu ortaya çıkan fotobuharlaşmadır. Dr. Christiansen, “Yıldızdan gelen yüksek enerjili radyasyon, buz küpünün üzerindeki saç kurutma makinesi gibi davranıyor” diyor.

Bilim insanları foto buharlaşmanın bir ötegezegenin yaşamının ilk 100 milyon yılı boyunca meydana geldiğine inanırken, çekirdekteki kütle kaybının çok daha sonra yani gezegenin oluşumundan yaklaşık bir milyar yıl sonra meydana geldiği düşünülüyor. Her iki durumda da gezegen yeterli kütleye sahip değilse atmosferini kaybedecek ve küçülecek.

Sanatçının, foto buharlaşma yoluyla atmosferini kaybeden Neptün ötegezegenin izlenimi. (Kaynak: WM Keck Gözlemevi/Adam Makarenko)

Çalışma sırasında Christiansen ve ark. Ekip, 2018 yılında kullanımdan kaldırılan Kepler uzay teleskobunun genişleme görevi olan NASA’nın K2 misyonundan elde edilen verileri kullandı. Ekip, Kepler tarafından 600 ila 800 milyon yıl yaşları arasındaki Praesepe ve Hyades yıldız kümeleri hakkında toplanan verileri kullandı. sırasıyla.

Bu ötegezegenlerin ev sahibi yıldızla aynı yaşta olduğu düşünüldüğünde Christiansen ve ark. Eğer yıldız kümeleri içindeki ötegezegenleri gözlemlerlerse, gezegenlerin fotobuharlaşmaya uğrayacak kadar yaşlı ama yine de merkezi enerji kütle kaybı yaşayamayacak kadar genç olması gerektiğini biliyorlardı. Ekip, yıldız kümelerinde çok sayıda Neptün-altı gezegen görürlerse, foto buharlaşmanın meydana gelmediği sonucuna varabileceklerini, yani temel enerjiden kaynaklanan kütle kaybının, alt katmanlardaki atmosfer kaybının ardındaki ana açıklama olabileceği anlamına geleceğini umuyordu. Neptün gezegenleri.

Peki ekip K2 verilerinde ne buldu?

Christiansen ve ark. Praecipe ve Haades’teki yıldızların neredeyse tamamının hala Neptün’ün altındaki gezegenleri veya etraflarında yörüngede atmosfere sahip diğer ötegezegenleri içerdiğini buldu. Yıldızların etrafındaki dış gezegenlerin boyutlarını araştıran ekip, birçok dış gezegenin hâlâ kendi atmosferlerine sahip olduğuna inanıyor.

Bu yıldızların etrafındaki ötegezegenlerin varlığı, K2 tarafından gözlemlenen 800 milyon yıldan daha eski yıldızlardan farklıdır. Bu yaşlı yıldızlardan yalnızca %25’inin yörüngelerinde Neptün altı yıldızların olduğu tespit edildi. İlginçtir ki, bu yıldızların daha yaşlı yaşları, temel enerji kütle kaybının meydana geldiği düşünülen zaman aralığına daha yakındır.

Praecipe yıldız kümesinin bir görüntüsü. (Kredi: Stuart Heggie)

Christiansen ve diğerlerinin sonuçları, ekibin Prasepe ve Hyades’te fotobuharlaşmanın meydana gelemeyeceği sonucuna varmasına olanak tanıdı; çünkü fotobuharlaşma meydana gelirse yıldız kümelerinin içinde atmosfere sahip çok az sayıda ötegezegen olacaktı. Bu, Neptün altı gezegenlerdeki atmosferik kaybın arkasında yatan temel teorinin temel enerjiden kaynaklanan kütle kaybı olduğu anlamına geliyor.

Christiansen ve ark. Bu çalışmada kullanılan dış gezegen kataloğunun oluşturulması beş yıldan fazla sürdü. Ekibin bulguları kesinlikle açıklayıcı olsa da, foto buharlaşma ve çekirdek enerji kütle kaybı hakkında öğrenilecek hala çok şey var. Üstelik Yakın Neptün gezegenleri ve ötegezegenlerdeki atmosferik kayıplar üzerine yapılacak çalışmalar Christiansen ve diğerlerinin bulgularını teste tabi tutacak.

Christiansen ve arkadaşlarının sonuçları şu adreste yayınlandı: Astronomi dergisi 15 Kasım’da.

(Ana resim: Sanatçının Neptün alt gezegeni TOI-421 b hakkındaki izlenimi. Resim kaynağı: NASA, ESA, CSA ve D. Player (STScI))