Нов модел обяснява две озадачаващи планетарни загадки

Нов модел, който взема предвид различните сили, действащи върху новородените планети, може да обясни две озадачаващи наблюдения сред повече от 3 800 известни планетни системи.

Първата загадка, "пропастта на радиусите", се отнася до необичайния недостиг на екзопланети с радиус около 1,8 пъти по-голям от този на Земята. Според наблюденията, извършени от космическия апарат "Кеплер" на НАСА, планетите с такъв размер се срещат около 2-3 пъти по-рядко от суперземите (с радиус около 1,4 пъти този на Земята) и мининептуните (с радиус около 2,5 пъти този на Земята). Втората загадка, известна като "грахчета в шушулка", се отнася до наличието на съседни планети със сходни размери в стотици планетни системи, включително TRAPPIST-1 и Kepler-223, които също имат орбити с почти музикална хармония.

"Смятам, че ние сме първите, които обясняват пропастта на радиусите с помощта на модел на формиране на планети и динамична еволюция, който самостоятелно отчита многобройните ограничения на наблюденията", заявява Андре Изидоро (André Izidoro) от Университета Райс, автор на изследването, публикувано наскоро в списание Astrophysical Journal Letters. "Успяхме също така да покажем, че моделът за формиране на планети, включващ гигантски удари, е в съответствие с характеристиката на екзопланетите "грахчета в шушулка"."

_{Илюстрация, изобразяваща оскъдността на екзопланетите с размер около 1,8 пъти по-голям от този на Земята, които са наблюдавани от космическия апарат "Кеплер" на НАСА. Кредит: A. Izidoro/Rice University}

Изидоро, постдокторант в проекта CLEVER Planets на Райс, финансиран от НАСА, и неговите съавтори използват суперкомпютър, за да симулират първите 50 милиона години от развитието на планетарните системи, използвайки модел за миграция на планетите. В модела протопланетните дискове от газ и прах, които дават началото на младите планети, също така взаимодействат с тях, като ги привличат по-близо до техните звезди-майки и ги затварят в резонансни орбитални вериги. Веригите се прекъсват в рамките на няколко милиона години, когато изчезването на протопланетния диск предизвиква орбитална нестабилност, която кара две или повече планети да се блъснат една в друга.

Моделите за миграция на планетите са използвани за изучаване на планетни системи, които са запазили резонансните си орбитални вериги. Например през 2021 г. Изидоро и колегите му от CLEVER Planets използват миграционен модел, за да изчислят максималното количество смущения, които системата от седем планети TRAPPIST-1 е могла да издържи по време на бомбардировката и все пак да запази хармоничната си орбитална структура.

"Миграцията на млади планети към техните звезди-домакини създава пренаселеност и често води до катаклизмични сблъсъци, които лишават планетите от богатите им на водород атмосфери", обяснява Изидоро. "Това означава, че гигантските сблъсъци, като този, при който се е образувала нашата Луна, вероятно са обичаен резултат от формирането на планетите."

Изследването показва, че планетите биват два варианта - суперземи, които са сухи, скалисти и са с 50% по-големи от Земята, и мининептуни, които са богати на воден лед и са около 2,5 пъти по-големи от Земята. Изидоро посочва, че новите наблюдения изглежда подкрепят резултатите, които противоречат на традиционното мнение, че както суперземите, така и мининептуните са изключително сухи и скалисти светове.

Въз основа на своите открития изследователите правят прогнози, които могат да бъдат проверени от космическия телескоп на НАСА "Джеймс Уеб". Те предполагат например, че част от планетите с размери около два пъти по-големи от тези на Земята ще запазят първичната си богата на водород атмосфера и ще бъдат богати на вода.

Справка: “The Exoplanet Radius Valley from Gas-driven Planet Migration and Breaking of Resonant Chains” by André Izidoro, Hilke E. Schlichting, Andrea Isella, Rajdeep Dasgupta, Christian Zimmermann and Bertram Bitsch, 2 November 2022, The Astrophysical Journal Letters.
DOI: 10.3847/2041-8213/ac990d

Източник: New Model Explains Two Puzzling Planetary Mysteries
Rice University