Ένας εξωπλανήτης μεγέθους Δία που ονομάζεται WASP-69b βρίσκεται 163 έτη φωτός από τη Γη, προσφέροντας στους αστροφυσικούς μια ματιά στις δυναμικές διαδικασίες που διαμορφώνουν πλανήτες σε όλο τον γαλαξία. Το αστέρι που περιφέρεται καίγεται, απογυμνώνοντας τον πλανήτη από την ατμόσφαιρά του, και αυτή η ατμόσφαιρα που διαφεύγει σχηματίζεται από το αστέρι σε μια τεράστια ουρά που μοιάζει με κομήτη μήκους τουλάχιστον 350.000 μιλίων.
Είμαι αστροφυσικός. Η ερευνητική μου ομάδα δημοσίευσε μια εργασία στο Astrophysical Journal που περιγράφει πώς και γιατί σχηματίστηκε η ουρά του WASP-69b και τι μπορεί να αποκαλύψει ο σχηματισμός της για τους άλλους τύπους πλανητών που ανακαλύπτουν οι αστρονόμοι έξω από το ηλιακό μας σύστημα.
Ένα σύμπαν γεμάτο εξωπλανήτες
Όταν κοιτάτε τον νυχτερινό ουρανό, τα αστέρια που βλέπετε είναι ήλιοι σε τροχιά από μακρινούς κόσμους που ονομάζονται εξωπλανήτες. Τα τελευταία 30 χρόνια, οι αστρονόμοι ανακάλυψαν πάνω από 5.600 εξωπλανήτες στον Γαλαξία μας.
Δεν είναι εύκολο να ανακαλύψεις έναν πλανήτη έτη φωτός μακριά. Οι πλανήτες είναι ωχροί σε σύγκριση με τα αστέρια που περιφέρονται, τόσο σε μέγεθος όσο και σε φωτεινότητα. Όμως, παρά αυτούς τους περιορισμούς, οι ερευνητές εξωπλανητών ανακάλυψαν μια εκπληκτική ποικιλομορφία – από μικρούς βραχώδεις κόσμους μόλις μεγαλύτερους από το φεγγάρι μας έως αέριους γίγαντες τόσο τεράστιους που ονομάζονται «σούπερ Δίες».
Ωστόσο, οι πιο συνηθισμένοι εξωπλανήτες που ανακαλύπτουν οι αστρονόμοι είναι μεγαλύτεροι από τη Γη, μικρότεροι από τον Ποσειδώνα και περιφέρονται γύρω από τα αστέρια τους πιο κοντά από ό,τι ο Ερμής στον ήλιο μας.
Αυτοί οι εξαιρετικά κοινοί πλανήτες τείνουν να εμπίπτουν σε μία από τις δύο διαφορετικές ομάδες: υπερ-Γη και υπο-Ποσειδώνες. Οι υπερ-Γαίες έχουν ακτίνα έως και 50% μεγαλύτερη από την ακτίνα της Γης, ενώ οι υπο-Ποσειδώνες έχουν συνήθως ακτίνα δύο έως τέσσερις φορές μεγαλύτερη από την ακτίνα της Γης.
Υπάρχει ένα χάσμα μεταξύ αυτών των δύο σειρών ακτίνας, το λεγόμενο «χάσμα ακτίνας», όπου οι ερευνητές σπάνια βρίσκουν πλανήτες. Και οι πλανήτες μεγέθους Ποσειδώνα που περιφέρονται γύρω από τα αστέρια τους σε λιγότερο από τέσσερις ημέρες είναι εξαιρετικά σπάνιοι. Οι ερευνητές αποκαλούν αυτό το κενό «καυτή έρημο του Ποσειδώνα».
Ορισμένες υποκείμενες αστροφυσικές διεργασίες πρέπει να εμποδίσουν αυτούς τους πλανήτες να σχηματιστούν – ή να επιβιώσουν.
Σχηματισμός πλανήτη
Όταν σχηματίζεται ένα αστέρι, σχηματίζεται γύρω του ένας μεγάλος δίσκος σκόνης και αερίου. Σε αυτόν τον δίσκο μπορούν να σχηματιστούν πλανήτες. Καθώς οι νέοι πλανήτες αποκτούν μάζα, μπορούν να συσσωρεύσουν σημαντικές αέριες ατμόσφαιρες. Ωστόσο, καθώς το αστέρι ωριμάζει, αρχίζει να εκπέμπει μεγάλες ποσότητες ενέργειας με τη μορφή υπεριώδους ακτινοβολίας και ακτίνων Χ. Αυτή η αστρική ακτινοβολία μπορεί να κάψει τις ατμόσφαιρες που έχουν συσσωρευτεί στους πλανήτες σε μια διαδικασία που ονομάζεται φωτοεξάτμιση.
Ωστόσο, ορισμένοι πλανήτες αντιστέκονται σε αυτή τη διαδικασία. Πλανήτες με μεγαλύτερη μάζα έχουν ισχυρότερη βαρύτητα, η οποία τους βοηθά να διατηρήσουν τη φυσική τους ατμόσφαιρα. Επιπλέον, οι πλανήτες που βρίσκονται πιο μακριά από το αστέρι τους δεν χτυπιούνται τόσο πολύ από την ακτινοβολία, με αποτέλεσμα η ατμόσφαιρά τους να διαβρώνεται λιγότερο.
Είναι πιθανό ότι ένα σημαντικό μέρος των υπερ-γαιών είναι στην πραγματικότητα οι βραχώδεις πυρήνες των πλανητών που έχουν αφαιρεθεί πλήρως η ατμόσφαιρά τους, ενώ οι υπο-Ποσειδώνες ήταν αρκετά μεγάλοι ώστε να διατηρούν τις φουσκωμένες ατμόσφαιρές τους.
Όσον αφορά την καυτή έρημο του Ποσειδώνα, οι περισσότεροι πλανήτες μεγέθους Ποσειδώνα απλά δεν έχουν αρκετή μάζα ώστε να αντέξουν πλήρως την καταστροφική δύναμη του άστρου τους, εάν αυτό περιφέρεται πολύ κοντά. Με άλλα λόγια, ένας υπο-Ποσειδώνας που περιφέρεται γύρω από το αστέρι του σε τέσσερις ημέρες ή λιγότερο, χάνει γρήγορα όλη την ατμόσφαιρά του. Όταν παρατηρηθεί, η ατμόσφαιρα έχει ήδη χαθεί και αυτό που απομένει είναι ένας γυμνός βραχώδης πυρήνας – μια υπερ-Γη.
Για να δοκιμαστεί αυτή η θεωρία, ερευνητικές ομάδες όπως η δική μου έχουν συλλέξει στοιχεία παρατήρησης.
WASP-69b: Ένα μοναδικό εργαστήριο
Μπείτε στο WASP-69b, ένα μοναδικό εργαστήριο αφιερωμένο στη μελέτη της φωτοεξάτμισης. Το όνομα «WASP-69b» προέρχεται από τον τρόπο που ανακαλύφθηκε. Ήταν το 69ο αστέρι με πλανήτη, b, που βρέθηκε στο πλαίσιο της έρευνας Wide Angle Search for Planets.
Αν και το WASP-69b είναι 10% μεγαλύτερη σε ακτίνα από τον Δία, είναι στην πραγματικότητα πιο κοντά στη μάζα του πολύ ελαφρύτερου Κρόνου – δεν είναι πολύ πυκνό και είναι μόνο περίπου το 30% της μάζας του Δία. Στην πραγματικότητα, αυτός ο πλανήτης έχει περίπου την ίδια πυκνότητα με ένα κομμάτι φελλού.
Αυτή η χαμηλή πυκνότητα προκύπτει από την εξαιρετικά στενή τροχιά του 3,8 ημερών γύρω από το αστέρι του. Λόγω της εγγύτητάς του, ο πλανήτης λαμβάνει μια τεράστια ποσότητα ενέργειας, η οποία τον θερμαίνει. Όταν το αέριο θερμαίνεται, διαστέλλεται. Μόλις το αέριο διαστέλλεται αρκετά, αρχίζει τελικά να ξεφεύγει από τη βαρύτητα του πλανήτη.
Καθώς παρατηρούσαμε αυτόν τον πλανήτη, οι συνάδελφοί μου και εγώ ανακαλύψαμε ότι το αέριο ήλιο διέρρεε γρήγορα από το WASP-69b – περίπου 200.000 τόνους ανά δευτερόλεπτο. Αυτό ισοδυναμεί με τη μάζα που χάνει η Γη κάθε δισεκατομμύριο χρόνια.
Κατά τη διάρκεια της ζωής του αστεριού, αυτός ο πλανήτης θα χάσει συνολική ατμοσφαιρική μάζα σχεδόν 15 φορές τη μάζα της Γης. Αυτό ακούγεται πολύ, αλλά το WASP-69b έχει περίπου 90 φορές τη μάζα της Γης, επομένως ακόμη και σε αυτή την ακραία ταχύτητα χάνει μόνο ένα μικρό κλάσμα της συνολικής ποσότητας αερίου που το αποτελείται.
Η ουρά του WASP-69b που μοιάζει με κομήτη
Ίσως το πιο εντυπωσιακό είναι η ανακάλυψη της εκτεταμένης ουράς ηλίου του WASP-69b, την οποία η ομάδα μου μπόρεσε να εντοπίσει τουλάχιστον 350.000 μίλια (περίπου 563.000 χιλιόμετρα) πίσω από τον πλανήτη. Ισχυροί αστρικοί άνεμοι, που είναι μια συνεχής ροή φορτισμένων σωματιδίων που εκπέμπονται από αστέρια, σχηματίζουν ουρές όπως αυτή. Αυτοί οι άνεμοι σωματιδίων εισχωρούν στην ατμόσφαιρα που διαφεύγει, σχηματίζοντας την ουρά που μοιάζει με κομήτη πίσω από τον πλανήτη.
Η μελέτη μας είναι στην πραγματικότητα η πρώτη που υποδεικνύει ότι η ουρά του WASP-69b ήταν τόσο μεγάλη. Προηγούμενες παρατηρήσεις αυτού του συστήματος πρότειναν ότι ο πλανήτης είχε μόνο μέτρια ουρά ή καθόλου ουρά.
Αυτή η διαφορά πιθανότατα οφείλεται σε δύο βασικούς παράγοντες. Από τη μία πλευρά, κάθε ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε διαφορετικά όργανα για τις παρατηρήσεις της, τα οποία θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε διαφορετικά ποσοστά ανίχνευσης. Ή μπορεί να υπάρχει πραγματική μεταβλητότητα στο σύστημα.
Ένα αστέρι όπως ο Ήλιος μας έχει έναν κύκλο μαγνητικής δραστηριότητας που ονομάζεται «ηλιακός κύκλος». Ο ήλιος διαρκεί 11 χρόνια. Κατά τη διάρκεια ετών αιχμής της δραστηριότητας, ο Ήλιος έχει περισσότερες ηλιακές εκλάμψεις, ηλιακές κηλίδες και αλλαγές στον ηλιακό άνεμο.
Για να περιπλέκουμε περισσότερο τα πράγματα, κάθε κύκλος είναι μοναδικός – δεν υπάρχουν δύο ηλιακοί κύκλοι ίδιοι. Οι ηλιακοί επιστήμονες εξακολουθούν να προσπαθούν να κατανοήσουν καλύτερα και να προβλέψουν τη δραστηριότητα του ήλιου μας. Άλλα αστέρια έχουν τους δικούς τους μαγνητικούς κύκλους, αλλά οι επιστήμονες απλά δεν έχουν ακόμη αρκετά δεδομένα για να τους κατανοήσουν.
Έτσι, η μεταβλητότητα που παρατηρήθηκε για το WASP-69b θα μπορούσε να οφείλεται στο γεγονός ότι το αστέρι ξενιστής συμπεριφέρεται διαφορετικά κάθε φορά που παρατηρείται. Οι αστρονόμοι θα πρέπει να συνεχίσουν να παρατηρούν αυτόν τον πλανήτη στο μέλλον για να έχουν καλύτερη ιδέα για το τι ακριβώς συμβαίνει.
Η άμεση ματιά μας στην απώλεια μάζας του WASP-69b λέει σε ερευνητές εξωπλανητών όπως εγώ περισσότερα για το πώς λειτουργεί η πλανητική εξέλιξη. Μας δίνει στοιχεία σε πραγματικό χρόνο ατμοσφαιρικής διαφυγής και υποστηρίζει τη θεωρία ότι οι θερμοί Ποσειδώνες και οι πλανήτες με διάκενο ακτίνας είναι δύσκολο να βρεθούν επειδή απλά δεν είναι αρκετά μαζικοί για να διατηρήσουν την ατμόσφαιρά τους. Και μόλις το χάσουν, το μόνο που μένει να παρατηρηθεί είναι ένας βραχώδης πυρήνας της υπερ-Γης.
Η μελέτη WASP-69b υπογραμμίζει τη λεπτή ισορροπία μεταξύ της σύνθεσης ενός πλανήτη και του αστρικού του περιβάλλοντος, διαμορφώνοντας το ποικίλο πλανητικό τοπίο που παρατηρούμε σήμερα. Καθώς οι αστρονόμοι συνεχίζουν να εξερευνούν αυτούς τους μακρινούς κόσμους, κάθε ανακάλυψη μας φέρνει πιο κοντά στην κατανόηση του πολύπλοκου ιστού του σύμπαντος.
Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύτηκε από το The Conversation, έναν μη κερδοσκοπικό, ανεξάρτητο ειδησεογραφικό οργανισμό που σας φέρνει γεγονότα και αξιόπιστες αναλύσεις για να σας βοηθήσει να κατανοήσετε τον περίπλοκο κόσμο μας. Το έγραψε: Dakotah Tyler, Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Λος Άντζελες
Διαβάστε περισσότερα:
Η Dakotah Tyler δεν εργάζεται, δεν συμβουλεύει, δεν κατέχει μετοχές ή δεν λαμβάνει χρηματοδότηση από οποιαδήποτε εταιρεία ή οργανισμό που θα ωφεληθεί από αυτό το άρθρο και δεν έχει αποκαλύψει σχετικές σχέσεις πέρα από την ακαδημαϊκή της απασχόληση.