Daugelio planetų atmosferoje gali būti daug helio, rodo tyrimai


Daugelio planetų atmosferoje gali būti daug helio, rodo tyrimai

Menininkės iliustruota tolimos planetos atmosfera, kurioje gausu helio. Naujas tyrimas paaiškina, kaip tokio tipo planetos gali būti labai paplitusios ir kodėl. Autoriai: NASA/JPL-Caltech

Šimtmečius niekas nežinojo, ar visatoje esame vieni, ar yra net kitų planetų, panašių į mūsų.

Tačiau dėl naujų teleskopų ir metodų per pastaruosius dešimtmečius žinome, kad yra tūkstančiai ir tūkstančiai planetos ten sukasi tolimos žvaigždės, jos būna įvairiausių formų ir dydžių – didelių ir mažų, akmenuotų ir dujinių, drumstų, ledinių ar šlapių.

Čikagos, Mičigano ir Merilendo universitetų mokslininkų atliktas tyrimas siūlo kitą sąrašą: planetas su helis atmosferos. Be to, šis atradimas gali reikšti naują žingsnį mūsų supratimo apie planetos evoliuciją.

Jų modeliavimas parodė, kad tikėtina, kad tam tikrų tipų egzoplanetų atmosferoje laikui bėgant kaupsis helis. Jei tai būtų patvirtinta, tai paaiškintų dešimtmečius trukusį galvosūkį apie šių egzoplanetų dydžius.

„Yra tiek daug keistų ir nuostabių egzoplanetų rūšių, ir šis atradimas ne tik prideda naujos rūšies, bet gali turėti įtakos suprasti planetų evoliuciją ir formavimąsi apskritai“, – sakė Čikagos universiteto astrofizikas Leslie Rogers. paskelbto naujojo straipsnio autorius Gamtos astronomija.

Spindulio slėnio paslaptis

Mums prireikė tiek laiko, kol suradome tolimas planetas, nes net ir didžiausias jų orbitos žvaigždės gerokai lenkia. Taigi mokslininkai sugalvojo išradingą būdą juos pastebėti: ieškoti panirimo žvaigždės šviesoje, kai planeta praeina priešais ją. Tai parodo, kokia didelė yra planeta.

Dabar žinome, kad planetos yra neįtikėtinai paplitusios. Tiesą sakant, iš to, ką galime pasakyti iki šiol, mažiausiai pusė visų žvaigždžių, tokių kaip mūsų saulė, turi bent vieną planetą tarp Žemės ir Neptūno dydžio, kuri skrieja labai arti žvaigždės. Manoma, kad šių planetų atmosferoje yra daug vandenilio ir helio, surinktų, kai planetos pirmą kartą susiformavo iš dujų ir dulkių aplink žvaigždę.

Tačiau kai mokslininkai pažvelgė į šių planetų skaičių, jie pastebėjo kai ką įdomaus – planetos buvo padalintos į dvi populiacijas. Viena grupė buvo maždaug pusantro Žemės dydžio, o viena buvo dvigubai didesnė už Žemę arba didesnė, tačiau tarp jų beveik nebuvo.

Šis atotrūkis tarp dviejų planetų populiacijų yra žinomas kaip „spindulio slėnis“, ir tai yra karštai diskutuojamas klausimas. Mokslininkai mano, kad atsakymas padės mums suprasti, kaip šios ir kitos planetos formuojasi ir vystosi laikui bėgant.

Kai kurie teigė, kad šio atotrūkio paaiškinimas gali būti susijęs su planetų atmosfera. Sunku būti planeta arti savo žvaigždės; jus nuolat bombarduoja rentgeno spinduliai ir UV spinduliai, kurie gali panaikinti jūsų atmosferą.

„Pavyzdžiui, galbūt mažesnis planetų rinkinys visiškai prarado atmosferą ir tiesiog egzistuoja kaip uolų šerdys“, – sakė pirmasis tyrimo autorius, mokslų daktaras Isaacas Malsky. Mičigano universiteto studentas, kuris pirmą kartą pradėjo nagrinėti šį klausimą kartu su Rogersu savo bakalauro baigiamajame darbe Čikagos universitete.

Komanda, kurią sudaro Rogersas ir Malskis, nusprendė atidžiau pažvelgti į šį reiškinį, žinomą kaip atmosferos pabėgimas.

Jie sukūrė modelius, pagrįstus mūsų turimais duomenimis apie planetas ir fizikos taisykles, kad geriau suprastų, kaip šiluma ir spinduliuotė paveiktų planetų atmosferą. Tada jie sukūrė 70 000 modeliuojamų planetų – keitėsi planetų dydis, jų orbitos žvaigždės tipas ir atmosferos temperatūra – ir modeliavo, kas su jomis atsitiks laikui bėgant.

Komanda nustatė, kad po kelių milijardų metų vandenilis planetos atmosferoje greičiausiai pabėgs greičiau nei helis. “Vandenilio atominė masė yra mažesnė, todėl jį lengviau pašalinti”, – paaiškino Malsky.

Laikui bėgant dėl ​​to kaupiasi helis – modeliai rodo, kad helis gali sudaryti 40% ar daugiau atmosferos masės.

Teleskopo patvirtinimai

Komanda pasiūlė būdą, kaip stebėti savo rezultatus. Neseniai paleistas Jameso Webb kosminis teleskopas ir kiti galingi teleskopai gali nuskaityti atmosferos elementus ir jų kiekį. Teleskopai galėtų patikrinti, ar kai kurių šių planetų atmosferoje yra neįprastai daug helio.

Jei teorija teisinga, šios planetos, turinčios daug helio atmosferą, turėtų būti ypač paplitusios apatinėje didesnio spindulio grupės dalyje, nes helis kaupiasi, kai planeta laikui bėgant pradeda trauktis, nes jos atmosfera palaipsniui pašalinama.

Dvi skirtingos planetos dydžio grupės yra sukurtos, nes net nedidelis helio ir vandenilio kiekis sukuria labai pūstą atmosferą, kuri gali žymiai išpūsti planetos spindulį, paaiškino Malskis. Jei jie turi atmosfera kairėje jie bus didesnio spindulio grupėje; jei jo nebeliks, jie bus mažesnio spindulio grupėje.

Manoma, kad nė viena iš šių planetų nėra tinkama gyvybės prieglobsčiui – jos verda karštai, bombarduojamos radiacijos, o atmosferoje gali būti labai aukštas slėgis.

Tačiau mokslininkai paaiškino, kad geresnis supratimas apie procesus, lemiančius planetų formavimąsi, gali padėti mums geriau numatyti, kokios kitos planetos yra ir kaip jos atrodo, taip pat nukreipti svetingesnių planetų paieškas.

„Geresnis šios populiacijos supratimas gali mums daug pasakyti apie sub-Neptūno dydžio planetų kilmę ir evoliuciją, kurios akivaizdžiai yra įprastas planetos formavimosi proceso rezultatas“, – sakė Rogersas.

Daugiau informacijos:
Isaacas Malsky ir kt., Heliu patobulintos planetos išilgai viršutinio spindulio slėnio krašto, Gamtos astronomija (2022). DOI: 10.1038/s41550-022-01823-8

Citata: Daugelio planetų atmosferoje gali būti daug helio, tyrimo rezultatai (2022 m. lapkričio 22 d.) gauti 2022 m. lapkričio 22 d. iš https://phys.org/news/2022-11-planets-atmospheres-rich-helium.html

Šis dokumentas yra saugomas autorių teisių. Išskyrus bet kokius sąžiningus sandorius privačių studijų ar mokslinių tyrimų tikslais, jokia dalis negali būti atkuriama be raštiško leidimo. Turinys pateikiamas tik informaciniais tikslais.