A Föld tömegénél 73-szor nagyobb tömegű nem gáz óriás zavarba ejti felfedezőit – Ars Technica

A tudósok már azelőtt dolgoznak a bolygókeletkezési modelleken, hogy még nem tudtuk, hogy léteznek exobolygók. Ezeket a modelleket eredetileg a Naprendszerünk bolygóinak tulajdonságai vezérelték, és rendkívül jónak bizonyultak az olyan exobolygók számbavételében, amelyeknek nincs megfelelője a Naprendszerünkben, mint például a szuperföldek és a forró Neptunusz. Ha ehhez hozzáadjuk a bolygók gravitációs kölcsönhatásoknak köszönhető mozgási képességét, akkor általában az exobolygók tulajdonságait is figyelembe lehet venni.

Ma egy nagy nemzetközi kutatócsoport bejelenti, hogy felfedeztek valamit, amit modelljeink nem tudnak megmagyarázni. Nagyjából akkora, mint a Neptunusz, de körülbelül négyszer nagyobb. Sűrűsége – sokkal nagyobb, mint a vasé – összhangban van azzal, hogy az egész bolygó szinte teljesen szilárd, vagy elég mély az óceánja ahhoz, hogy egész bolygókat elmerítsen. Míg az emberek, akik felfedezték, két elméletet kínálnak a kialakulásához, egyik sem különösebben valószínű.

Furcsa idegen

Az új bolygó tanulmányozása elkezdődött, ahogy most is sokan: a Transiting Exoplanet Survey Satellite (TOI, a TESS Object of Interest) érdeklődési területként azonosította. A TOI-1853 a Napunknál valamivel kisebb csillag, tömege körülbelül 0,8-szorosa. Egyértelmű jelek voltak egy közeli bolygóra, most TOI-1853 b névre. A bolygó közel kering gazdacsillagához, és 1,24 nap alatt teszi meg a teljes pályát.

A kutatók ezt az időt arra használták, hogy meghatározzák a bolygó forgási távolságát. Ennek a távolságnak, a csillag méretének és a bolygó által blokkolt fény mennyiségének kombinációja alapján meg lehet becsülni a bolygó méretét. Ez körülbelül 3,5-szerese a Föld sugarának, ami azt jelenti, hogy valamivel kisebb, mint a Neptunusz.

Ez önmagában nem szokatlan. Sok Neptunusz méretű bolygót fedeztek fel. De a méret és a csillaghoz való közelség kombinációja váratlan. A „Neptunusz forró sivatagában” helyezi el, ahol a csillag intenzív sugárzása kisugárzik a bolygó légköréből. A forró sivatagi állapotot elérő Neptunusok végül megfosztják sziklás magjukat, és szuperfölddé teszik őket.

Mit csinált tehát a TOI-1853 b a sivatagban? Ennek kiderítésére a kutatók földi obszervatóriumok segítségével követték nyomon gazdacsillagának mozgását, ahogy a TOI-1853 b gravitációs vonzása megváltozott a pályáján való mozgás során. A csillag mozgásának ezen ellenállás miatti gyorsulása felhasználható a bolygó tömegének becslésére.

Kiderült, hogy a TOI-1853 b rendelkezik nagyon A masszából. Tömegét a Föld tömegének 73-szorosára, vagy a Neptunusz tömegének több mint négyszeresére becsülik. Ez nyilvánvalóan azt jelenti, hogy összetételének teljesen másnak kell lennie, mint a Neptunuszé.

Kívül-belül ropogós?

A felfedezésben részt vevő kutatók a szöveg jó részét azzal töltik, hogy leírják, milyen furcsa a TOI-1853 b. Vannak hasonló sűrűségű, de általában sokkal kisebb bolygók, amelyek egy Neptunusz-szerű bolygó légkörétől való megfosztásával keletkező szuperföldek. Vannak hasonló tömegű bolygók, de körülbelül kétszer akkorák, és valószínűleg kiterjedt légkörrel és/vagy óceánokkal rendelkeznek. „Az orbitális halmaz egy régióját foglalja el [distance] A kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy „a forró bolygók területe, amely korábban objektumoktól mentes volt, megfelel a Neptunusz forró sivatagának szárazabb részének.”

A furcsaságok ezzel nem érnek véget. Két kombináció van, aminek van értelme az itt játszódó sűrűségek miatt. Az egyik az, hogy a bolygó szinte teljes egészében olyan sziklás anyagból áll, mint a Föld, és a nagyon vékony légkör tömegének legfeljebb egy százalékát teszi ki. Az alternatíva az, hogy a tömeg egyenletesen oszlik el a sziklás mag és egy hatalmas vízréteg között.

Természetesen ez nem víz lesz, ahogyan ismerjük. Tekintettel a gazdacsillaghoz való közelségére és a hatalmas óceánból származó hatalmas nyomásra, a víz legalább egy része szuperkritikus állapotban lenne, és a sziklás mag közelében kialakuló nyomás arra kényszerítené a vizet, hogy nagy nyomású szilárd anyagokat képezzen. A dolgok ugyanolyan furcsák lesznek a szívben. Ahogy a kutatók megjegyzik, „az anyag tulajdonságai ilyen magas központi nyomáson továbbra is bizonytalanok.”

Nem csak azért küzdünk, hogy megértsük jelenét, de tanácstalanok vagyunk, amikor a múltjáról van szó. A kis porrészecskék felhalmozódnának a bolygóképző korongról, mielőtt a TOI-1853 b elérné jelenlegi tömegét, mivel még egy kisebb bolygó is megzavarhatja a korongot. Nem valószínű, hogy a jelenlegi helyén kialakult, mivel a szilárd anyagok nehezen kondenzálódnak ott.

Két lehetőség, nem valószínű

A kutatók két lehetőséget javasolnak. Az egyik az, hogy kisebb bolygók csoportja kint alakult ki, majd destabilizálták pályájukat, ahogy a korong fokozatosan elpárolog. Ez olyan ütközésekhez vezethetett, amelyek sok bolygót összetörtek, és a törmelékük egyetlen testet alkotott. De ezek a folyamatok általában nem hoznak létre egyetlen testet, és valószínűleg sok bolygóra lenne szükség ahhoz, hogy 73 Föld értékű anyagot szállítsanak.

Az alternatíva az, hogy több gázóriás sokkal távolabb alakult ki, majd destabilizálták egymás pályáját, így egy erősen excentrikus maradt, a pálya egy része pedig rendkívül közel volt a fogadócsillaghoz. Ez lehetővé tenné, hogy anyagot gyűjtsön a bolygóalkotó korong belső részeiből, ez a folyamat lehetővé tenné, hogy a Jupiter-szerű bolygó tömege csaknem megduplázódjon. Maximális pályája azt is lehetővé tenné, hogy légkörét átvigye a csillagra. Miután ezek a folyamatok befejeződnek, a bolygó és a csillag közötti árapály-kölcsönhatások idővel szabályosabbá teszik keringését.

Semmi sem lehetetlen fizikailag ezen lehetséges formációs mechanizmusok egyikében sem, de mindkettő váratlan események sorozatát követeli meg. Az univerzum nagy, és lehetséges, hogy ezek a dolgok valahol megtörténnek, de ésszerűtlennek tűnik azt várni, hogy ilyen gyorsan rájövünk a következményekre.

Az egyetlen dolog, ami segíthet megértenünk a TOI-1853 b eredetét, az más bolygók jelenléte a rendszerben, ami segíthet megértenünk, mi történik ennek a külső rendszernek a belső részeiben. A TOI-1853 b olyan nagy és olyan közel van, hogy hatalmas jelet ad ki, és gondunk lett volna bármely más bolygó észlelésével ebben a rendszerben. A kutatók becslése szerint 10 Földhöz hasonló tömeg is keringhet a csillag közelében, de ezt elmulasztottuk. A rendszer megértésének kulcsa lehet a folyamatos visszacsatolás.

Természet, 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06499-2 (A digitális azonosítókról).