Do niedawna myśleliśmy, że nasz układ słoneczny jest prototypem, wzdłuż którego powinny być budowane inne układy planetarne. Myśleliśmy, że istnieją dwie klasy planet: stałe światy, które znajdują się w skupiskach we wnętrzu i gazowe olbrzymy, które są dalej. Począwszy od lat 90. zaczęliśmy wykrywać planety w pobliżu innych gwiazd, a potem odkryliśmy, że nasz Układ Słoneczny nie jest całkowicie normalny. W nowym artykule, który został przyjęty do publikacji w tym tygodniu, dwóch astrofizyków z Columbia University próbowało dowiedzieć się, dlaczego.
Okazuje się, że posiadanie małych stałych planet w wewnętrznym Układzie Słonecznym i dużych gazowych gigantów na zewnątrz nie jest całkowicie normalne. Gazowe olbrzymy i skaliste planety można znaleźć wszędzie, a duże planety mają dokładnie takie same szanse na zbliżenie się do swojej gwiazdy, jak małe. Odkryte przez nas planety pokazały, że nic nie stoi na przeszkodzie, aby gazowe olbrzymy stały się „gorącymi Jowiszami”, a nawet bardziej - robią to dość często. Druga niespodzianka jest jeszcze bardziej zaskakująca i dlatego jest warta pionierskiej pracy obserwatorium kosmicznego Kepler NASA. Chociaż stałe światy wielkości Ziemi - zarówno większe, jak i mniejsze - są tak samo powszechne, jak światy wielkości Neptuna i Jowisza, istnieje trzecia klasa planet, najpowszechniejsza ze wszystkich. Pomiędzy rozmiarami Ziemi i Neptuna istnieje opcja, którą przeoczyliśmy: super-ziemia (lub mini-neptun). Okazało się, że superziemia jest większa niż jakakolwiek inna planeta.
Pierwsze pytanie, które nam się nasunęło: dlaczego ta klasa niesamowitych światów jest tak gęsto zaludniona? Ale gdy nasze modele formacji planetarnych w pobliżu gwiazd poprawiły się, zaczęliśmy dostrzegać, że wraz z ocalałymi planetami pojawił się płynny rozkład. Światy, które były zbyt mało masywne, były z reguły wchłaniane, wyrzucane lub wrzucane do Słońca przez inne ciała. Wraz ze wzrostem masy planety rosło prawdopodobieństwo ich przetrwania. Im bardziej masywny świat - najlepiej trzykrotnie masywniejszy od Ziemi - tym bardziej prawdopodobne jest, że jego przyciąganie grawitacyjne otoczy go wodorem i helem. Te światy o pośredniej masie powinny znajdować się gdzieś pomiędzy planetami skalistymi a gazowymi gigantami. Ale jeśli będziesz szukać coraz bardziej masywnych światów, zobaczysz, że jest ich coraz mniej. Wszechświat nie tworzy nadmiernej liczby ogromnych światów tylko dlatego, że ma surowce. Utworzenie samego Jowisza wymagałoby 317 naszych planet.
W miarę jak nasze rozumienie edukacji planetarnej poprawiło się, zaczęliśmy zadawać istotne pytania. Jeśli superziemi były najpowszechniejszym typem światów, to co jest takiego specjalnego w Układzie Słonecznym, że nie mamy ani jednej superziemi? Opcje są interesujące, ale rozczarowujące:
- Powstały młode super-ziemie, które nie przetrwały, mogły zostać wyrzucone wraz z migracją planet olbrzymów.
- Cały wewnętrzny układ słoneczny powstał zanim Jowisz wyszedł na zewnątrz, a stałe światy okazały się małe, ponieważ powstały późno, kiedy cały materiał został już zużyty.
- Nasi masywni giganci gazowi i Słońce chwyciły pierwszy materiał tworzący planetę, nie pozostawiając super-Ziemi żadnych szans.
Jednak korzystając z najnowszych osiągnięć w prognozowaniu probabilistycznym, naukowcy Jinjin Chen i David Kipping opracowali nowe, interesujące i kompletne wyjaśnienie. Być może bardzo się myliliśmy.
Film promocyjny:
W większości przypadków, gdy obserwowaliśmy planety, znaliśmy albo masę, albo promień, ale nie znaliśmy obu parametrów jednocześnie. Ale bez znajomości jednego parametru nie można zrozumieć, z jakim światem mamy do czynienia, z ciałem stałym, takim jak Ziemia, czy z gazem, takim jak Neptun. Wyobraź sobie dwa zupełnie różne światy, z których każdy jest trzykrotnie masywniejszy od Ziemi: jeden ma stałe jądro o masie 2,8 masy Ziemi z cienką powłoką gazu dookoła, a drugi ma stałe jądro o masie 1,5 masy Ziemi i takiej samej ilości gazu w atmosferze. Pierwsza planeta będzie podobna do Ziemi, ale w rzeczywistości jest to super-Ziemia: większa, masywniejsza i z cieńszą atmosferą. Druga planeta będzie bardziej przypominała mini-neptuna: 10 000 kilometrów „atmosfery” nad stałą powierzchnią we wszystkich kierunkach, a ciśnienie na powierzchni natychmiast zmiażdży każde znane nam życie.
Odkrycia Chena i Kippinga pozwalają nam dokładnie wyznaczyć granicę między superziemiami a mini-Neptunem. Przedstawili schemat oceniania, który znacznie przewyższa nasze poprzednie fatalne szacunki. Ich wariant:
- Każdy świat ważący mniej niż 2,0 ± 0,6 Ziemi prawdopodobnie będzie stały.
- Każdy świat między 2,0 a 130 masami Ziemi będzie podobny do Neptuna.
- Cokolwiek bardziej masywnego niż 8% naszego Słońca będzie gwiazdą.
- To wszystko. Inna klasyfikacja, zdaniem astrofizyków, byłaby kompletnym nonsensem.
Mówi nam również, że większość światów, które nazywamy „super-lądami”, znajduje się w rzeczywistości na krańcu światów podobnych do Neptuna o niskiej masie, co potwierdza długotrwałe podejrzenie. W przypadku planet znalezionych metodą tranzytową, solidny świat o masie 2,0 Ziemi będzie miał około 25% większy promień niż Ziemia; jeśli więcej, prawie na pewno będzie to świat podobny do Neptuna z masywną powłoką wodorowo-helową.
A czy wiesz, dlaczego w naszym Układzie Słonecznym nie ma superziemi? Ponieważ przy masach odpowiednio 50% i 40% tego progu tranzytu, Ziemia i Wenus są dokładnie tymi super-Ziemiami, których szukamy: litymi planetami o dużej masie. Następną „klasą” planet będą światy podobne do Neptuna, a mamy trzy z nich.
„Duża liczba odkrytych planet o masie 2-10 Ziem jest często wymieniana jako dowód na to, że superziemi są bardzo powszechne, a nasz układ słoneczny, okazuje się, jest niezwykły” - piszą autorzy. „Jeśli jednak granica między światem ziemskim a Neptunem zostanie przesunięta do 2 mas ziemskich, układ słoneczny nie będzie już niezwykły. Zgodnie z naszą definicją, tylko trzy z ośmiu planet Układu Słonecznego to światy Neptuna, które są najpowszechniejszym rodzajem planet wokół innych gwiazd typu słonecznego."
Innymi słowy, prawdą jest, że w naszym Układzie Słonecznym nie ma planet o masie od dwóch do dziesięciu mas Ziemi, a to samo w sobie jest rzadkie. Ale to nie jest najlepszy sposób klasyfikowania planet; są tylko częścią światów Neptuna, a mamy trzy z nich. Okazuje się, że całkowicie myliliśmy się co do problemu brakujących super-lądów. Jeśli weźmiemy pod uwagę to poprawnie, dojdą do dwóch interesujących wniosków: to, co nazwaliśmy superziemiami, w ogóle nie wygląda jak Ziemia i nie ma problemu, ponieważ w naszym Układzie Słonecznym nic nie zniknęło.
ILYA KHEL