Καθώς οι Ανακαλύψεις Πλανητών συσσωρεύονται, εμφανίζεται ένα κενό στο μοτίβο
Μετά το σχηματισμό του ήλιου, η σκόνη και το αέριο που είχαν απομείνει από το γενέθλιο σύννεφο του στροβιλίστηκαν αργά στους οκτώ πλανήτες που έχουμε σήμερα. Μικρά, βραχώδη πράγματα κολλούσαν κοντά στον ήλιο. Γιγάντιοι κόσμοι αερίου επέπλεαν στα μακρινά σημεία του συστήματος. Και γύρω από αμέτρητα αστέρια στον γαλαξία, μια εκδοχή αυτής της διαδικασίας επαναλήφθηκε, δημιουργώντας άφθονους πλανήτες σε ένα φάσμα μεγεθών — εκτός από, προφανώς, κόσμους λίγο μεγαλύτερους από τη Γη.
Ενώ το νεότερο τηλεσκόπιο κυνηγιού πλανητών της NASA, το Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), καταγράφει σταθερά περισσότερους εξωπλανήτες, ένα μυστηριώδες χάσμα στα μεγέθη τους, που εντοπίστηκε για πρώτη φορά το 2017, παραμένει. Το κενό δείχνει ότι οι επιστήμονες χρειάζονται μερικές νέες ιδέες για να εξηγήσουν πώς δημιουργούνται οι πλανήτες, τόσο στον ευρύτερο κόσμο όσο και στην αυλή μας.
Οι αστρονόμοι έχουν χρησιμοποιήσει το TESS για να βρουν εκατοντάδες πιθανούς πλανήτες γύρω από τα πλησιέστερα αστέρια από την εκτόξευσή του τον Απρίλιο του 2018, συμπεριλαμβανομένων 24 επιβεβαιωμένων κόσμων μέχρι στιγμής. Ο γαλαξίας φαίνεται να φιλοξενεί πολλούς μικρούς πλανήτες, ειδικά εκείνους που έχουν μέγεθος από δύο έως τέσσερις φορές μεγαλύτερους από τη Γη και άλλους στο πάρκο της Γης. Αλλά για κάποιο λόγο, οι πλανήτες με ακτίνα μεταξύ 1,5 και δύο φορές μεγαλύτερη από τη Γη είναι σπάνιοι.
Η έλλειψη πλανητών σε αυτό το εύρος, γνωστό ως «χάσμα Fulton», από τον κύριο συγγραφέα της εργασίας που το επισήμανε, εμφανίστηκε για πρώτη φορά στα ευρήματα του διαστημικού τηλεσκοπίου Kepler, το οποίο κυνηγούσε εξωπλανήτες για σχεδόν μια δεκαετία πριν περάσει τη δάδα στο TESS. Ενώ το TESS δεν έχει ακόμη αρκετούς πλανήτες στον κάδο στατιστικών του για να επιβεβαιώσει ή να διαψεύσει το χάσμα Fulton, η τάση συνεχίστηκε και οι αστρονόμοι λένε ότι δεν αναμένουν ότι το χάσμα θα εξαφανιστεί.
Σε ένα άρθρο του Απριλίου στο Astrophysical Journal Letters , μια ομάδα με επικεφαλής την Diana Dragomir, αστρονόμο στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης που εργάζεται με δεδομένα TESS, ανέφερε την ανακάλυψη ενός αστρικού συστήματος που φιλοξενεί δύο πλανήτες εκατέρωθεν του κενού, για παράδειγμα. Ο ένας είναι ένας «μίνι-Ποσειδώνας» περίπου 2,6 φορές η ακτίνα της Γης και ο άλλος ένας γήινος γήινος περίπου 90 τοις εκατό τόσο μεγάλος όσο ο πλανήτης μας. Ο τελευταίος είναι ο πρώτος κόσμος περίπου μεγέθους Γης στον κατάλογο TESS.
Ο Ντράγκομιρ είπε ότι το χάσμα ακτίνας δείχνει πιθανούς κανόνες τόσο για το πώς σχηματίζονται οι πλανήτες όσο και για το τι συμβαίνει σε αυτούς νωρίς. Δεδομένου ότι η ατμόσφαιρα ενός πλανήτη μπορεί να περιλαμβάνει ένα σημαντικό μέρος της ακτίνας του, πολλές ιδέες επικεντρώνονται γύρω από το τι μπορεί να συμβεί σε αυτήν την ατμόσφαιρα. Μια πιθανότητα, είπε ο Dragomir , είναι ένα αντίστροφο σενάριο Goldilocks στο οποίο οι μεσαίου μεγέθους βραχώδεις πλανήτες με ατμόσφαιρες δεν μπορούν να αντέξουν. «Είτε θα είσαι αρκετά μεγάλος για να κρατήσεις την ατμόσφαιρά σου, είτε αν είσαι μεσαίου μεγέθους, τότε μάλλον δεν είσαι αρκετά μεγάλος και θα τα χάσεις όλα πολύ γρήγορα», είπε. «Είναι σαν μια διελκυστίνδα. είναι πραγματικά δύσκολο να μείνεις στη μέση."
Αν και κάποιο είδος απώλειας της ατμόσφαιρας είναι μια λογική εικασία, είναι μόνο μία από τις τρεις γενικές ιδέες, είπε η Sara Seager, αστρονόμος στο MIT που είναι αναπληρώτρια επιστημονική διευθύντρια για την αποστολή TESS. Μια άλλη θεωρία υποστηρίζει ότι το χάσμα προκύπτει απευθείας από την πλανητική γένεση, ίσως λόγω της θέσης ή της σύνθεσης του αερίου και της σκόνης που απομένουν από τη γέννηση του άστρου. Ή, όπως προτείνει μια τρίτη θεωρία, οι διαδικασίες ψύξης των πλανητών θα μπορούσαν να προκαλέσουν εξάτμιση της ατμόσφαιράς τους, ένα φαινόμενο που ονομάζεται «απώλεια μάζας που τροφοδοτείται από τον πυρήνα». Ο Akash Gupta και ο Hilke Schlichting από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Λος Άντζελες απέδειξαν σε έρευνα πέρυσι ότι καθώς πλανήτες ορισμένων μεγεθών ακτινοβολούν θερμότητα από μέσα στο διάστημα, η ατμόσφαιρά τους εκτοξεύεται, κάτι που θα μπορούσε να τους στείλει στην άλλη πλευρά του χάσματος ακτίνας.
Το κενό προσθέτει λεπτομέρειες στα αναδυόμενα στατιστικά πρότυπα. Σε πολλά συστήματα εξωπλανητών, όπως και στη δική μας αυλή, οι αστρονόμοι ανακαλύπτουν ότι οι μικρότεροι κόσμοι τείνουν να περιφέρονται κοντά στα αστέρια υποδοχής τους και οι μεγαλύτεροι πλανήτες είναι πιο απομακρυσμένοι. Η εγγύτητα των μικρών πλανητών στα άστρα τους θα μπορούσε να είναι ένας λόγος που είναι μικροί, είπε ο Seager. Θα μπορούσαν να αρχίσουν μεγάλα όπως τα μακρινά αδέρφια τους, αλλά να χάσουν την ατμόσφαιρά τους, και επομένως πολλή μάζα, από την έντονη θερμότητα και την υπεριώδη ακτινοβολία των αστεριών τους.
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι κάτι τέτοιο συνέβη στον Άρη. Ξεκίνησε με μια πιο παχιά ατμόσφαιρα, αλλά μόλις έχασε το προστατευτικό μαγνητικό του πεδίο, ο ήλιος ήταν ελεύθερος να διώξει αργά αυτή την ατμόσφαιρα. Ακόμη και η Γη εξακολουθεί να χάνει μέρος του κελύφους υδρογόνου της, είπε ο Seager.
«Μερικά από αυτά τα άλλα συστήματα μπορεί να έχουν ακόμη πιο σοβαρές πρώιμες ιστορίες», είπε. "Στο μέλλον θέλουμε να ρίξουμε μια ματιά στις ατμόσφαιρες και ίσως αυτό να μας δώσει κάποια εικόνα."
Όσον αφορά το μακιγιάζ των διάφορων εξωπλανητών, ο Seager είπε ότι οι αστρονόμοι δεν μπορούν ακόμη να πουν πώς είναι οι περισσότεροι από αυτούς μέσα. Αλλά οι άνθρωποι προσπαθούν. Πλανήτες δύο έως τέσσερις φορές μεγαλύτεροι από το μέγεθος της Γης, με το παρατσούκλι υπερ-Γη, ή μερικές φορές μίνι-Ποσειδώνες, συζητούνται ιδιαίτερα. Μερικοί αστρονόμοι πιστεύουν ότι είναι μπάλες βράχου που καλύπτονται από παχιές ατμόσφαιρες αερίου υδρογόνου, ενώ άλλοι υποστηρίζουν ότι είναι τυλιγμένες σε νερό, είτε στερεό, είτε υγρό ή ατμό.
Τον περασμένο μήνα, αστρονόμοι με επικεφαλής τον Λι Ζενγκ, πρώην φοιτητή του Seager's τώρα στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, ανέφεραν τα αποτελέσματα προσομοιώσεων σε υπολογιστή που υποδηλώνουν ότι αυτοί οι κοινοί πλανήτες είναι υδάτινοι κόσμοι. Μερικά μπορεί να είναι έως και 50 τοις εκατό νερό, το οποίο θα έβγαινε σε διάφορες εξωτικές μορφές. Το νερό μπορεί να είναι ρευστό μέχρι κάτω ή συμπιεσμένο σε πάγους υψηλής πίεσης, όπως η φάση που ανακαλύφθηκε πρόσφατα που ονομάζεται «υπέριονιος πάγος» χιλιάδες χιλιόμετρα κάτω από την επιφάνεια, είπε ο Zeng.
«Αυτοί οι πάγοι υψηλής πίεσης είναι ουσιαστικά σαν πυριτικά πετρώματα στον βαθύ μανδύα της Γης, ζεστοί και σκληροί», έγραψε ο Ζενγκ σε ένα email. «Αυτοί οι ωκεανοί είναι ανεξιχνίαστοι, απύθμενοι. Είναι διαφορετικοί κόσμοι σε σύγκριση με τη δική μας Γη.”
Ο Ζενγκ είπε ότι αυτές οι υπερ-Γαίες ή οι μίνι-Ποσειδώνες μπορεί να είναι πιο συνηθισμένοι από τους πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος και μπορεί πράγματι να μην υπάρχει μέρος σαν το σπίτι. Αλλά ο Ντράγκομιρ είναι πιο προσεκτικός. Σημείωσε ότι ο Κέπλερ είχε σχεδόν μια δεκαετία για να διαλέξει μοτίβα μεταξύ των πλανητικών κερατοειδών του, αλλά το TESS μόλις ξεκινά. Ενώ ο Κέπλερ μελέτησε ένα μικρό κομμάτι ουρανού στον αστερισμό του Κύκνου, το TESS θα ερευνήσει ολόκληρο τον ουρανό, μια περιοχή 400 φορές μεγαλύτερη από το οπτικό πεδίο του Κέπλερ. Και το TESS θα επικεντρωθεί σε φωτεινά, κοντινά αστέρια, τα οποία θα είναι δυνατό να μελετηθούν με επίγεια τηλεσκόπια για περαιτέρω παρατηρήσεις.
Ο Dragomir περιμένει τις μακροπρόθεσμες παρατηρήσεις του TESS για πλανήτες που περιφέρονται γύρω από τα αστέρια τους σε μεγάλες αποστάσεις. Αυτοί οι κόσμοι είναι πιο δύσκολο να φανούν λόγω της απλής γεωμετρίας. Το TESS ανιχνεύει την παρουσία ενός πλανήτη μελετώντας τις λάμψεις στη φωτεινότητα ενός άστρου, που υποδεικνύουν κάτι που περνά μπροστά του. Οι πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά σε μεγάλες αποστάσεις από το άστρο τους χρειάζονται πολύ χρόνο για να περάσουν μπροστά, δημιουργώντας μια παρατεταμένη κλίση που είναι πιο δύσκολο να συλληφθεί και μειώνουν λιγότερο το φως των αστεριών.
Το να συνάγει σταθερά συμπεράσματα για το ποια είδη πλανητών σχηματίζονται και ποια δεν σχηματίζονται σε αυτό το σημείο, είπε, «είναι σαν να κοιτάς το 1 τοις εκατό της θημωνιάς και να λες:«Ω, δεν υπάρχει βελόνα».
