NASA revela o mistério do encolhimento dos exoplanetas

Um novo estudo poderia explicar os exoplanetas “desaparecidos” entre as super-Terras e os planetas subnetunianos.

Alguns exoplanetas parecem estar a perder as suas atmosferas e a encolher. Em um novo estudo usando NASAUsando o aposentado telescópio espacial Kepler, os astrónomos encontraram evidências de uma possível causa: que os núcleos destes planetas separam as suas atmosferas de dentro para fora.

Diferença de tamanho de exoplaneta

Exoplanetas (planetas fora do nosso sistema solar) Vem em uma variedade de tamanhosDe pequenos planetas rochosos a enormes gigantes gasosos. No meio está uma pedra Super Terra E sub-Netunos maiores com atmosferas inchadas. Mas existe uma ausência evidente – a “lacuna de tamanho” – de planetas entre 1,5 e 2 vezes o tamanho da Terra (ou entre super-Terras e planetas subnetunianos) que os cientistas estão a trabalhar para melhor compreender.

“Os cientistas já confirmaram a descoberta de mais de 5.000 exoplanetas, mas há menos planetas com um diâmetro de 1,5 a 2 metros”, disse Jesse Christiansen, cientista pesquisador do Caltech/IPAC e líder científico do Arquivo de Exoplanetas da NASA. da Terra. Autor do novo estudo em Revista astronômica. “Os cientistas de exoplanetas têm agora dados suficientes para dizer que esta lacuna não é apenas um acaso. Há algo a acontecer que impede os planetas de chegarem e/ou permanecerem lá.”

Este conceito artístico mostra como seria o exoplaneta TOI-421 b de Netuno. Num novo estudo, os cientistas encontraram novas evidências que indicam como estes tipos de planetas perdem as suas atmosferas. Fonte: NASA, Agência Espacial Europeia, Agência Espacial Canadense e D. Jogador (STScI)

Os investigadores acreditam que esta lacuna pode ser explicada pelo facto de alguns subplanetas perderem as suas atmosferas ao longo do tempo. Esta perda ocorreria se o planeta não tivesse massa suficiente e, portanto, força gravitacional, para manter a sua atmosfera. Assim, os planetas subnetunianos que não são massivos o suficiente encolherão até ficarem aproximadamente do tamanho das super-Terras, deixando uma lacuna entre os dois tamanhos de planetas.

Mas como estes planetas perdem a sua atmosfera permanece um mistério. Os cientistas estabeleceram dois mecanismos possíveis: um é chamado de perda de massa como energia fundamental; A outra é a fotoevaporação. O estudo revelou novas evidências que apoiam a primeira.

Este vídeo explica as diferenças entre os principais tipos de exoplanetas, ou planetas fora do nosso sistema solar. Crédito: NASA/Laboratório de Propulsão a Jato-Instituto de Tecnologia da Califórnia

resolver o quebra-cabeça

A perda de massa do núcleo ocorre quando a radiação do núcleo quente de um planeta empurra a atmosfera para longe do planeta ao longo do tempo, “e essa radiação empurra a atmosfera por baixo”, disse Christiansen.

A outra explicação principal para uma lacuna planetária é a fotoevaporação, que ocorre quando a atmosfera de um planeta explode pela radiação quente da sua estrela hospedeira. Neste cenário, “a radiação de alta energia da estrela age como um secador de cabelo sobre um cubo de gelo”, disse ela.

Embora se pense que a fotoevaporação ocorre nos primeiros 100 milhões de anos de vida do planeta, pensa-se que a perda de massa devido à energia fundamental ocorre muito mais tarde – cerca de mil milhões de anos após a vida do planeta. Mas com qualquer um dos mecanismos, “se não tiver massa suficiente, não conseguirá aguentar, perderá a sua atmosfera e encolherá”, acrescentou Christiansen.

Este gráfico detalha os principais tipos de exoplanetas. Os cientistas estão a trabalhar para compreender melhor a “lacuna de tamanho”, ou aparente ausência, dos planetas que se situam entre as super-Terras e os planetas subnetunianos. Fonte da imagem: NASA/JPL-Caltech

Descobrindo evidências por meio da observação

Neste estudo, Chittiansen e coautores usaram dados do K2 da NASA, uma missão de extensão do telescópio espacial Kepler, para observar os aglomerados estelares de Praesepe e Hyades, que têm entre 600 milhões e 800 milhões de anos. Como geralmente se pensa que os planetas têm a mesma idade da sua estrela hospedeira, os planetas subnetunianos neste sistema já terão passado bastante da idade em que a fotoevaporação pode ocorrer, mas não têm idade suficiente para sofrer perda de massa de energia central.

Assim, se a equipa observar que existem muitos planetas subnetunianos em Prasepe e Hyades (em comparação com estrelas mais antigas noutros enxames), poderá concluir que a fotoevaporação não ocorreu. Neste caso, a perda de massa devido à energia fundamental seria a explicação mais provável para o que acontece com a massa menos massiva do sub-Netuno ao longo do tempo.

Ao observar Brycepe e Haades, os investigadores descobriram que quase 100% das estrelas nestes enxames ainda contêm uma subestrela.Netuno Um planeta ou candidato a planeta em sua órbita. A julgar pelo tamanho destes planetas, os investigadores acreditam que eles mantiveram a sua atmosfera.

Esta ilustração mostra o caçador de exoplanetas da NASA, o Telescópio Espacial Kepler. A agência anunciou em 30 de outubro de 2018 que o Kepler havia ficado sem combustível e que se retiraria para sua órbita atual e segura, longe da Terra. Kepler deixou um legado de mais de 2.600 descobertas de exoplanetas. Crédito da imagem: NASA/Wendy Stenzel/Daniel Rutter

Isto difere das outras estrelas mais antigas observadas por K2 (estrelas com mais de 800 milhões de anos), das quais apenas 25% orbitam sub-Neptuno. A idade mais avançada destas estrelas está mais próxima do período de tempo em que se pensa que ocorre a perda de massa de energia fundamental.

A partir destas observações, a equipe concluiu que a fotoevaporação não poderia ter ocorrido em Praesepe e Hyades. Se isso tivesse acontecido, teria acontecido há centenas de milhões de anos, e estes planetas teriam sobrado pouca ou nenhuma atmosfera. Isto faz da perda de massa induzida pelo núcleo a principal explicação para o que provavelmente está acontecendo com as atmosferas desses planetas.

Pesquisa em andamento e o legado do Kepler

A equipe de Christiansen passou mais de cinco anos construindo o catálogo de planetas necessário para o estudo. Mas a pesquisa ainda está longe de estar concluída, e a compreensão atual da fotoevaporação e/ou perda de massa energética fundamental pode evoluir ainda mais. Os resultados terão provavelmente de ser testados por estudos futuros antes que alguém possa anunciar que o mistério desta lacuna planetária foi resolvido de uma vez por todas.

Este estudo foi conduzido usando o Arquivo de Exoplanetas da NASA, que é gerenciado pelo Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena sob contrato com a NASA como parte do Programa de Exploração de Exoplanetas, e está localizado no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia. JPL é uma divisão do Instituto de Tecnologia da Califórnia.

Referência: “Escalonamento de K2. VII. “Evidência de uma alta taxa de criação de sub-Netuno quente mesozóico” por Jesse L. Christiansen, John K. Zinke, Kevin K. Hardigree-Ullman, Rachel B. Fernandez, Philip F. Hopkins , Louisa M. Ripoll, Kirsten M. Polley, Galen J. Bergsten e Saki Burri, 15 de novembro de 2023, Revista astronômica.
doi: 10.3847/1538-3881/acf9f9

Missão Kepler da NASA

Em 30 de outubro de 2018, o Kepler ficou sem combustível e terminou a sua missão após nove anos, durante os quais descobriu mais de 2.600 planetas confirmados em torno de outras estrelas, juntamente com milhares de candidatos adicionais que os astrónomos estão a trabalhar para confirmar.

O Centro de Pesquisa Ames da NASA no Vale do Silício, Califórnia, gerencia as missões Kepler e K2 para a Diretoria de Missões Científicas da NASA. O JPL gerenciou o desenvolvimento da missão Kepler. A Ball Aerospace & Technologies Corporation operou o sistema de voo com o apoio do Laboratório de Física Atmosférica e Espacial da Universidade do Colorado em Boulder.