I dati di Keplero rivelano perché gli esopianeti si stanno restringendo

I dati di Keplero rivelano perché gli esopianeti si stanno restringendo

In tutto l’universo ci sono miliardi – forse anche trilioni – di esopianeti che orbitano attorno a stelle di diverse forme, dimensioni, colori e altro ancora. Come le stelle attorno alle quali orbitano, anche gli esopianeti sono disponibili in molte forme, dimensioni e colori diversi, con gli scienziati che classificano gli esopianeti in uno dei quattro gruppi: giganti gassosi, super-Terre, sub-Nettuno e terrestri.

È interessante notare che tra gli oltre 5.000 esopianeti scoperti e catalogati dalla NASA, dall’Agenzia spaziale europea e da altre agenzie, c’è una curiosa assenza di esopianeti che vanno da 1,5 a 2 volte le dimensioni della Terra (tra super-Terre e pianeti subnettuniani). ). ). In un nuovo studio che utilizza i dati del telescopio spaziale Kepler della NASA, ora in pensione, gli scienziati potrebbero aver trovato un indizio sul perché esiste questo divario dimensionale, dove i nuclei degli esopianeti spingono le loro atmosfere dall’interno verso l’esterno.

“Gli scienziati hanno ora confermato la scoperta di più di 5.000 esopianeti, ma ci sono meno pianeti del previsto, che vanno da 1,5 a due volte il diametro della Terra. Gli scienziati degli esopianeti ora hanno dati sufficienti per dire che questo divario non è solo una coincidenza”, ha spiegato. “C’è qualcosa che impedisce ai pianeti di raggiungere e/o mantenere quelle dimensioni”, ha affermato il responsabile scientifico e autore principale dell’Archivio esopianeti della NASA Jesse Christiansen del California Institute of Technology.

Un disegno che mostra quattro diversi tipi di esopianeti. (Credito: NASA/JPL-Caltech)

Come accennato in precedenza, il divario dimensionale degli esopianeti si trova tra le dimensioni delle super-Terre e dei pianeti sub-nettuniani. Gli scienziati ritengono che gli esopianeti di Nettuno siano la probabile causa del divario dimensionale, poiché studi precedenti hanno dimostrato che i sottopianeti di Nettuno sono vulnerabili alla perdita di atmosfera. Gli esopianeti possono perdere la loro atmosfera se non hanno massa sufficiente, e quindi forza gravitazionale sufficiente, per mantenerla. Se questa teoria della perdita di atmosfera fosse corretta e i pianeti subnettuniani non avessero massa sufficiente per trattenere le loro atmosfere, probabilmente si ridurrebbero alle dimensioni di super-Terre, il che spiegherebbe il divario dimensionale tra super-Terre e sotto-pianeti. Nettuno.

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Tuttavia, l’esatto processo attraverso il quale i pianeti subnettuniani perdono la loro atmosfera è rimasto un mistero per anni. Le due teorie principali sono la perdita di massa energetica del nucleo e la fotoevaporazione. Il nuovo studio su Keplero di Christiansen et al. Ha mostrato la prova della prima teoria: perdita di massa con energia fondamentale.

Come accennato in precedenza, la perdita di massa indotta dal nucleo è il processo mediante il quale il nucleo di un pianeta spinge l’atmosfera del pianeta dall’interno verso l’esterno. Questo fenomeno si verifica quando la radiazione proveniente dal nucleo caldo di un pianeta interagisce con l’atmosfera del pianeta, facendola lentamente svanire.

Un’altra teoria alla base della perdita di atmosfera nei pianeti subnettuniani è la fotoevaporazione, che si verifica quando la radiazione proveniente dalla stella ospite dell’esopianeta, come i venti solari e le eruzioni, spazza via l’atmosfera attorno all’esopianeta. “La radiazione ad alta energia della stella agisce come un asciugacapelli su un cubetto di ghiaccio”, afferma il dott. Christiansen.

Gli scienziati ritengono che la fotoevaporazione avvenga durante i primi 100 milioni di anni di vita di un esopianeta, mentre si ritiene che la perdita di massa dal nucleo avvenga molto più tardi, circa un miliardo di anni dopo la formazione del pianeta. In ogni caso, se il pianeta non ha massa sufficiente, perderà la sua atmosfera e si restringerà.

Rappresentazione artistica di un pianeta extrasolare Nettuno che perde la sua atmosfera attraverso la fotoevaporazione. (Credito: Osservatorio WM Keck/Adam Makarenko)

Durante lo studio, Christiansen et al. Il team ha utilizzato i dati della missione K2 della NASA, una missione di espansione del telescopio spaziale Kepler, ritirato nel 2018. Il team ha utilizzato i dati raccolti da Kepler sugli ammassi stellari Praesepe e Iadi, che hanno tra 600 e 800 milioni di anni. rispettivamente.

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Dato che si ritiene che questi esopianeti abbiano la stessa età della loro stella ospite, Christiansen et al. Sapevano che se avessero osservato esopianeti all’interno di ammassi stellari, i pianeti avrebbero dovuto essere abbastanza vecchi per subire la fotoevaporazione, ma ancora troppo giovani per sperimentare la perdita di massa di energia centrale. Il team si aspettava che se avessero visto un gran numero di pianeti subnettuniani negli ammassi stellari, avrebbero potuto concludere che la fotoevaporazione non si è verificata, il che significa che la perdita di massa dovuta all’energia fondamentale sarebbe la principale spiegazione dietro la perdita di atmosfera negli ammassi subnettuniani. Pianeti nettuniani.

Allora, cosa ha trovato il team nei dati del K2?

Christiansen et al. Si è scoperto che quasi tutte le stelle di Praecipe e Haades contengono ancora pianeti subnettuniani o altri esopianeti con atmosfere in orbita attorno a loro. Dopo aver studiato le dimensioni degli esopianeti attorno alle stelle, il team ritiene che molti di essi abbiano ancora la loro atmosfera.

La presenza di questi esopianeti attorno a queste stelle differisce da quella delle stelle più antiche osservate da K2, che avevano più di 800 milioni di anni. Di queste stelle più vecchie, solo il 25% ha stelle sub-Nettuno nelle loro orbite. È interessante notare che l’età più antica di queste stelle è più vicina al lasso di tempo in cui si ritiene che si verifichi la perdita fondamentale di massa energetica.

Un’immagine dell’ammasso stellare Praecipe. (Credito: Stuart Heggie)

I risultati di Christiansen et al. hanno permesso al team di concludere che la fotoevaporazione non potrebbe verificarsi all’interno di Prasepe e Hyades, poiché se si verificasse la fotoevaporazione ci sarebbero pochissimi esopianeti con atmosfere all’interno degli ammassi stellari. Ciò significa che la perdita di massa dovuta all’energia fondamentale è la teoria principale alla base della perdita atmosferica nei pianeti subnettuniani.

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Ci sono voluti Christiansen et al. Ci sono voluti più di cinque anni per creare il catalogo degli esopianeti utilizzato in questo studio. Sebbene i risultati del team siano certamente significativi, c’è ancora molto da imparare sulla fotoevaporazione e sulla perdita di massa dell’energia centrale. Inoltre, i prossimi studi sui pianeti quasi nettuniani e sulla perdita di atmosfera negli esopianeti metteranno alla prova le scoperte di Christiansen et al.

I risultati di Christiansen et al. sono stati pubblicati in Rivista astronomica Il 15 novembre.

(Immagine principale: rappresentazione artistica dell’esopianeta sub-Nettuno TOI-421 b. Credito immagine: NASA, ESA, CSA e D. Player (STScI))

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