Mi okozhatja az exobolygók fura eloszlását?

A Rice Egyerem ismertette azt az új kutatást, amelyben az exobolygók méreteiben tapasztalt furcsaságokra találhattak magyarázatot. A The Astrophysical Journal Letters folyóiratban ismertetett elmélet szerint az újszülött bolygókra ható erők kölcsönhatásai állhatnak a több mint 3800 távoli bolygórendszer megismerése során tapasztaltak mögött.

A Földnél mintegy 1,8-szor nagyobb méretű exobolygókból, valamilyen ismeretlen okból kifolyólag, kétszer-háromszor kevesebbet találtak eddig, mint amennyit a szuperföldekből (a bolygónknál 1,4-szer nagyobb) és mini-Neptunuszokból (a Földnél 2,5-ször nagyobb, hidrogén-hélium légkörű, szilárd maggal rendelkező). Szintén rejtélyes az is, hogy miként alakulhattak ki azok a rendszerek, amelyekben egyforma méretű bolygók sorakoznak egymás mellett, akár a borsók a hüvelyben – sok száz ilyen rendszert találtak eddig, ilyen pl. a jól ismert TRAPPIST-1, ahol ráadásul rezonáns pályákat is vettek fel a bolygók. A kutatók a Kepler-űrteleszkóp által begyűjtött adatokat vizsgálva tapasztalták e furcsaságokat, amelyekre persze már számos elmélet született. Most az új kutatás egy közös okot fedezett fel a kétféle jelenség mögött.

„Úgy vélem, mi vagyunk az elsők, akik bolygóképződési modell és dinamikus bolygóevolúció segítségével magyarázzuk azokat a következetesen tapasztalható eltéréseket és a bolygósugár-anomáliát, amelyekre a megfigyelések során rábukkantunk” – magyarázta André Izidoro, a kutatás vezetője. „Azt is megmutattuk, hogy a nagy ütközéseket is magában foglaló bolygókeletkezési modell magyarázza a borsóhüvely-jellegű exobolygó elrendeződést.”

A kutató és munkatársai szuperszámítógéppel, a bolygók vándorlásának modellje segítségével szimulálták egy bolygórendszer fejlődésének első 50 millió évét. A modellben a bolygórendszerek születésekor a protoplanetáris korongokban lévő szilárd anyagok és gázok rendezik sorba és rezonáns pályákra a bolygókat, vagy épp lökik csillagukhoz közelebb őket. A rezonáns bolygóláncok azonban pármillió év alatt felbomlanak, ahogy a protoplanetáris korong felszívódik, ekkor a bolygópályák instabillá válnak, és egymásnak ütközhetnek az egyes égitestek.

„Amikor a bolygók az anyacsillaguk felé vándorolnak, a rendszer túlzsúfolttá válik, és óriási ütközések következnek be, amelyek megfosztják a bolygókat hidrogénben gazdag légkörüktől. Ez azt jelenti, hogy az olyan óriási becsapódások, amelyek például a Holdat is létrehozták, a bolygófejlődés természetes velejárói” – mondta Izidoro.

A kutatás eredménye azt sugallja, hogy a kőzetbolygók kétféle „ízben” jöhetnek létre: a mi bolygónknál 50 százalékkal nagyobb szuperföldek szárazak, a 2-2,5-ször nagyobb mini-Neptunuszok pedig vízjégben igen gazdagok, magjuk tömegének több mint 10 százalékát vízjég teheti ki. Ez ellentmond a korábbi modelleknek, amelyek azt sugallták, hogy a mini-Neptunuszok is szárazak. A modell szerint a felbomló és ütközésekkel tarkított sorsú ifjú bolygórendszerekben a bolygóméretek eloszlása a valóságban tapasztaltnak megfelelő volt, a Földhöz képest 1,8-szoros méretű bolygók hiányoztak, mégpedig a rendszerek 90-95 százalékában lezajló hatalmas ütközések miatt. Ezek az ütközések azok, amelyek az újszülött bolygókat az őslégkörüktől is megszabadítják.

A modell alapján a születő rendszerek belső régióiban a rendszerek első fél-egymillió éve során beindul a bolygóképződés, ám a csillagtól távoli, az úgynevezett hóhatár utáni régióban (ahol a víz már csak fagyott formában lehet jelen) a bolygók kialakulása már nem oly hatékonyan zajlik, mint eddig gondoltuk, és az óriásbolygók befelé vándorlása is sokkal lassabb lehet. Amennyiben gyorsan és könnyen jutnának a bolygórendszerek belső régióiba az óriásbolygók, úgy a kőzetbolygókat egyszerűen megsemmisítenék.