Planetët e fryrë të heliumit mund të shpjegojnë misterin e madhësisë së ekzoplaneteve

Heliumi mund të përbëjë pothuajse gjysmën e masës së atmosferës së ekzoplaneteve gjigante që kanë migruar afër yllit të tyre, duke shpjeguar pse ekziston një hendek misterioz i madhësisë në shkallën e këtyre botëve.

Mbi 5,200 ekzoplanete tani janë konfirmuar, dhe shumë prej tyre janë botë më të mëdha që orbitojnë afër yllit të tyre, në disa raste me periudha orbitale që zgjasin vetëm disa ditë. Megjithatë, vëzhgimet e tranzitit fillimisht nga Teleskopi Hapësinor Kepler i NASA-s dhe tani nga TESS, Sateliti Transitues i Studimit të Ekzoplaneteve, kanë gjetur një mungesë të çuditshme të planetëve me rreze midis 1.4 dhe 2.4 herë më të madhe se Toka. Astronomët e quajnë këtë “lugina e rrezes” dhe megjithëse duket se po na tregon diçka thelbësore për natyrën, formimin dhe evolucionin e planetëve, shkencëtarët ende nuk kanë arritur të konstatojnë se çfarë është ajo diçka.

Tani, një vlerësim i ri për luginën e rrezes nga një ekip i udhëhequr nga studenti i doktoraturës Isaac Malsky i Universitetit të Miçiganit dhe Leslie Rogers i Universitetit të Çikagos sugjeron se ai mund të sinjalizojë një bollëk në rritje të gazit helium në atmosferën e botëve 2.4 herë më i madh. se Toka. Botët e kësaj shkalle shpesh përshkruhen si mini-Neptune, dhe nëse ato kanë një bërthamë shkëmbore, ajo është thellë nën një shtresë të trashë atmosfere.

Në fillim të jetës së tyre, ndërsa ende formohen brenda diskut protoplanetar të gazit dhe pluhurit, planetët që u formuan më larg nga ylli i tyre mund të migrojnë brenda. Sa më afër që ata i afrohen yllit të tyre, aq më shumë ndikohen nga nxehtësia dhe rrezatimi i yllit, një përzierje erërave yjore dhe ndezjeve që mund të largojnë gradualisht një atmosferë nga një planet në vijën e zjarrit. Ndërsa ndodh kjo, një planet mund të rritet një bisht i ngjashëm me kometën ndërsa gazi hiqet për të lënë një bërthamë të zhveshur shkëmbore.

Atmosfera e botëve të tilla është bërë kryesisht nga hidrogjeni dhe heliumi. Jupiteri, në sistemin tonë diellor, është një shembull i mirë i kësaj përbërjeje atmosferike, duke qenë 90% hidrogjen dhe 10% helium. Megjithatë, hidrogjeni është më i lehtë se heliumi dhe mund të shpëtojë në hapësirë më lehtë.

Ekipi i Malsky dhe Roger projektuan një model kompjuterik që simuloi 70,000 ekzoplanete të madhësive të ndryshme, që rrotulloheshin rreth yjeve të ndryshëm dhe në temperatura të ndryshme, për të parë se çfarë efekti do të kishte nxehtësia nga ylli i tyre afër në atmosferën e tyre. Ata zbuluan se me të vërtetë hidrogjeni u hoq më shpejt se heliumi, duke rezultuar në zvogëlimin e bollëkut të hidrogjenit në krahasim me sasinë e heliumit të pranishëm.

Në rrethanat më ekstreme, disa nga planetët që ata simuluan kishin atmosfera që ishin mbi 40% helium në masë. Këto botë të heliumit do të zënë fundin e diapazonit të madhësisë më të lartë, rreth 2.4x më të mëdha se Toka në rreze – pavarësisht nëse ato kanë një atmosferë të pasur me hidrogjen ose helium, nxehtësia nga ylli i tyre pranë do të shkaktonte akoma fryrjen dhe zgjerimin e atmosferës. , duke rritur rrezen e planetit.

Botët më të vogla në anën tjetër të luginës së rrezes, me rreze 1.4 herë më të vogla se ajo e Tokës, do të kishin humbur të gjithë hidrogjenin dhe heliumin e tyre dhe nuk do të kishin atmosferë domethënëse, duke kufizuar rrezen e tyre vetëm në atë të bërthamës së tyre shkëmbore. Është e mundur që pasi kanë humbur atmosferën e tyre fillestare, këta planetë mund të nxjerrin më pas një atmosferë të re, më të hollë të ngjashme me atë të Tokës. Por nëse ata janë shumë më afër yllit të tyre sesa Toka me diellin, atëherë ata do të përballeshin me një betejë për të mbajtur edhe këtë atmosferë të re.

“Ka kaq shumë lloje të çuditshme dhe të mrekullueshme të ekzoplaneteve atje, dhe ky zbulim jo vetëm që shton një lloj të ri, por mund të ketë implikime për të kuptuar evolucionin dhe formimin e planetëve në përgjithësi,” tha Rogers në një deklaratë. “Kuptimi më i mirë i kësaj popullate mund të na tregojë shumë për origjinën dhe evolucionin e planetëve nën madhësinë e Neptunit, të cilët janë qartësisht një rezultat i zakonshëm i procesit të formimit të planetit.”

Këto gjetje të reja mbështesin kërkimet e mëparshme që parashtrojnë se jo vetëm që planetët humbasin atmosferën e tyre të trashë fillestare ndërsa migrojnë më afër yllit të tyre, ky migrim i brendshëm i shumë planetëve në një sistem mund të mbyllë botët në zinxhirë rezonantë gravitacionalë, si ‘bizelet në një bisht. ‘

Heliumi, pavarësisht se është elementi i dytë më i zakonshëm në univers, u zbulua vetëm në një ekzoplanet për herë të parë në vitin 2018. Megjithatë, me lëshimin e teleskopit hapësinor James Webb të NASA-s (JWST), astronomët kanë një instrument të ri në paketën e tyre të veglave. zbulimi i gazeve të atmosferës në ekzoplanete. Nëse lugina e rrezes është me të vërtetë rezultat i planetëve që enden shumë afër yllit të tyre dhe që atmosfera e tyre është nxehur nga goditja në hapësirë, atëherë JWST mund të sigurojë prova vëzhguese duke kryer spektroskopi të planetëve të nxehtë me rreze rreth 2.4 herë më shumë se Toka për të përcaktuar bollëku i heliumit në atmosferën e tyre.