Странная тайна «пропавших без вести» планет в космосе может быть разгадана

Сегодня число подтвержденных экзопланет составляет 5197 в 3888 планетных системах, еще 8992 кандидата ожидают подтверждения.

Большинство из них были особенно массивными планетами, начиная от газовых гигантов размером с Юпитер и Нептун, которые имеют радиус примерно в 2,5 раза больше, чем у Земли.

Другой статистически значимой популяцией были каменистые планеты, которые измеряют около 1,4 радиуса Земли (также известные как «суперземли»).

Это представляет собой загадка для астрономов, особенно в том, что касается экзопланет, обнаруженных почтенным космическим телескопом Кеплера.

Из более чем 2600 планет, открытых Кеплером, существует очевидная редкость экзопланет с радиусом примерно в 1,8 раза больше земного. – которую они называют «радиусной долиной».

Иллюстрация, показывающая нехватку экзопланет примерно в 1,8 раза больше Земли, которые наблюдались НАСА. космический корабль Кеплер. (А. Изидоро/Университет Райса)

Вторая загадка, известная как «горох в стручке», связана с соседними планетами аналогичного размера, обнаруженными в сотнях планетарных систем с гармоничными орбитами.

В исследовании, проведенном в рамках проекта Cycles of Life-Essential Volatile Elements in Rocky Planets (CLEVER) Университета Райса, международная группа астрофизиков предлагает новую модель, которая объясняет взаимодействие сил, действующих на новорожденных планетах. это могло бы объяснить эти две загадки.

Исследование возглавил Андре Изидоро, уэльский постдокторант в проекте Rice CLEVER Planets, финансируемом НАСА. К нему присоединились коллеги-исследователи CLEVER Planets Радждип Дасгупта и Андреа Изелла, Хильке Шлихтинг из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA), а также Кристиан Циммерманн и Бертрам Битш из Института астрономии Макса Планка (MPIA).

Как они описали в своей исследовательской статье, которая недавно была опубликована в Astrophysical Journal Letters, команда использовала суперкомпьютер для запуска модели планетарной миграции, которая имитировала первые 50 миллионов лет развития планетной системы.

В их модели протопланетные диски из газа и пыли также взаимодействуют с мигрирующими планетами, притягивая их ближе к родительским звездам и замыкая их в резонансные орбитальные цепочки.

В течение нескольких миллионов лет , протопланетный диск исчезает, разрывая цепи и вызывая орбитальную нестабильность, которая приводит к столкновению двух или более планет. В то время как модели миграции планет использовались для изучения планетных систем, которые сохранили орбитальные резонансы, эти открытия представляют собой первые для астрономов.

Как сказал Изидоро в заявлении Университета Райса: «Я считаю, что мы первые, кто объяснил радиуса долины, используя модель формирования планет и динамической эволюции, которая самосогласованно учитывает множественные ограничения наблюдений.

«Мы также можем показать, что модель формирования планет, включающая гигантские удары, согласуется с Экзопланеты похожи на горошины в стручке».

Эта работа основана на предыдущей работе Izidoro и проекта CLEVER Planets. В прошлом году они использовали модель миграции для расчета максимального нарушения работы TRAPPIST-1. система из семи планет.

В статье, опубликованной 21 ноября 2021 года в журнале Nature Astronomy, они использовали моделирование N тел, чтобы показать, как эта система «горох в стручке» могла сохранить свою гармоничную орбитальную структуру, несмотря на столкновения, вызванные планетарной миграцией. Это позволяет ed их, чтобы наложить ограничения на верхний предел столкновений и массу вовлеченных объектов.

Их результаты показывают, что столкновения в системе TRAPPIST-1 были сопоставимы с ударом, создавшим систему Земля-Луна.

Сказал Изидоро: «Миграция молодых планет к своим звездам создает перенаселенность и часто приводит к катастрофическим столкновениям, которые лишают планеты их богатых водородом атмосфер».

«Это означает гигантские удары. , как и та, что сформировала нашу Луну, вероятно, являются общим результатом формирования планет».

Это последнее исследование предполагает, что планеты бывают двух видов: сухие и каменистые, которые на 50 % больше Земли. (суперземли) и планеты, которые богаты водяным льдом примерно в 2,5 раза больше Земли (мини-Нептуны).

Кроме того, они предполагают, что часть планет, вдвое превышающих размер Земли, сохранит их первозданная богатая водородом атмосфера и быть богатыми водой.

Согласно Изидоро, те Эти результаты согласуются с новыми наблюдениями, которые предполагают, что суперземли и мини-Нептуны не являются исключительно сухими и каменистыми планетами.

Эти результаты открывают возможности для исследователей экзопланет, которые будут полагаться на космический телескоп Джеймса Уэбба, чтобы проводить подробные наблюдения систем экзопланет.

Используя передовой набор оптики, инфракрасных изображений, коронографов и спектрометров, Webb и другие телескопы следующего поколения будут характеризовать атмосферы и поверхности экзопланет, как никогда раньше.