چگونه کوچک شدن سیارات می‌تواند علت سیارات گمشده را توضیح دهد!!

دانشمندان ممکن است به درک اصطلاحاً شکاف شعاعی، کمبود سیارات فراخورشیدی بین 1.5 و دو برابر شعاع زمین نزدیکتر شده باشند. پاسخ ممکن است کوچک شدن سیارات باشد: مینی‌نپتون‌هایی که اتمسفر ضخیم خود را از دست می‌دهند و تبدیل به ابرزمین‌های کوچکتر می‌شوند.

مفهوم هنری از Gliese 1214b، یک سیاره مینی نپتون و احتمالاً کوچک شده. دنیاهایی از این دست ممکن است گاهی اوقات اتمسفر ضخیم خود را از دست بدهند و به معنای واقعی کلمه از اندازه آنها کم شود و تبدیل به ابرزمین شوند. کوچک شدن سیارات ممکن است به شما کمک کند تا رمز و راز شکاف در اندازه سیارات فرازمینی توضیح داده شود.

تصویر از NASA / ESA / G. Bacon (STScI) / L. Kreidberg & J. Bean (U. Chicago) / H. Knutson (Caltech) / AAS Nova.

آیا سیارات کوچک می‌شوند؟ تحقیقات جدید از موسسه فلتریون در شهر نیویورک نشان می‌دهد که این امر امکان‌پذیر است. کوچک شدن سیارات ممکن است راه حل رمز و راز شکاف در اندازه سیارات فراخورشیدی باشد که تاکنون کشف شده است. سیارات بین 1.5 و دو برابر شعاع زمین بیشتر از بین رفته اند. ایده این است که مینی نپتون – کوچکتر از نپتون اما بزرگتر از ابرزمین – ممکن است اتمسفر ضخیم خود را از دست بدهد و در نتیجه از نظر اندازه کاهش یابد.

تروور دیوید، اخترفیزیکدان از موسسه فلتریون، تحقیقات جدید را رهبری کرد. در 14 می 2021 در مجله Astronomical Review مورد ارزیابی قرار گرفت.

ستاره‌شناسان در سال 2017 متوجه شکاف شعاعی سیارات فراخورشیدی شدند. بسیاری از سیارات کوچکتر از 1.5 برابر شعاع زمین هستند. تعدادی بزرگتر از دو برابر شعاع زمین هستند. اما تعداد کمی در این بین این دو هستند. ستاره‌شناسان می‌خواستند بدانند چرا اینگونه است؟

گرافیکی از سیارات در حال کوچک شدن در پس زمینه آبی، همچنین یک تصویر برش خورده از یک سیاره که نشان می‌دهد در حال اتلاف گاز است.

شکاف شعاعی در سیارات فراخورشیدی – کمبود سیارات بین 1.5 و 2 برابر شعاع زمین – منجمان را متحیر کرده است. تحقیقات جدید نشان می‌دهد که مینی‌نپتون‌ها اکثرا اتمسفرهای ضخیم خود را از دست می‌دهند، در نتیجه اندازه آنها کاهش می‌یابد.

تصویر از اریک پتیگورا (UCLA) / جیمز اوون (کالج سلطنتی لندن) / Phys.org.

سیارات در حال کوچک شدن، سیارات پیر هستند

تروور دیوید و همکارانش رویکرد جدیدی به مسئله شکاف شعاعی دادند. آنها فکر کردند که آیا با افزایش سن سیارات این تغییرات ایجاد می‌شود؟

برای کشف این احتمال، آنها از داده‌های شکارچی سیاره فراخورشیدی کپلر استفاده کردند که در سال 2018 ماموریتش به پایان رسید. آنها سیارات فراخورشیدی مورد مطالعه را به دو گروه جوان و بزرگتر از دو بیلیون سال تقسیم کردند و چیز جالبی پیدا کردند. در میان سیاره‌های جوان، کمترین اندازه مشترک کوچکتر از کمترین اندازه در گروه سیارات قدیمی است.

شعاع نادرترین سیاره جوان 1.6 برابر زمین بود. شعاع نادرترین سیاره قدیمی 1.8 برابر زمین بود. محققان فقط آن دسته از سیارات را شامل کردند که اندازه آنها با اطمینان بالایی شناخته شده است. پس این یافته به چه معناست؟

به نظر می‌رسد به این معنی است که مینی‌نپتون‌ها طی میلیاردها سال “کوچک می‌شوند” و بیشتر اتمسفر خود را از دست می‌دهند. آنها یک هسته سنگی را پشت سر گذاشته و به یک ابر زمین تبدیل می‌شوند. به نظر نمی‌رسد که به مرز بین سیارات مینی‌نپتون و ابرسنگی تبدیل شوند. در عوض، آنها مستقیماً به مرحله ابرزمین می‌روند.

شکاف بین بزرگترین ابرزمینها و کوچکترین مینی‌نپتونهای ممکن، هنوز هم به اندازه کافی عظیم است که اتسمفر غلیظ آنها را حفظ می‌کند. همانطور که دیوید در بیانیه‌ای توضیح داد:

نکته اصلی این است که سیارات سنگی و گازی نیستند که گاهی اوقات تمایل داریم آنها را مانند آنها تصور کنیم. بعضی از این سیارات در آغاز زندگی 10 برابر بزرگتر بودند.

تحقیقات جدید توسط تروور دیوید در موسسه فلتریون انجام شد. تصویر از بنیاد سیمونز.

چرا مینی‌نپتون‌ها اتمسفر را از دست می‌دهند؟

دو مقصر ممکن است مسئول از دست دادن اتمسفر سیارات باشند. اولین مورد ممکن است تبخیر باشد، جایی که تابش شدید از ستارگان میزبان سیارات (به ویژه ستاره‌های کوتوله قرمز) اتمسفر سیارات را دور می‌کند. مورد دوم ممکن است گرمای باقی مانده از شکل‌گیری سیارات باشد. هر دو عامل می‌توانند باعث نشت اتمسفر سیاره به فضا شوند. دیوید اظهار نظر کرد:

احتمالاً هر دو اثر مهم هستند، اما ما به مدلهای پیچیده‌تری نیاز داریم تا بگوییم هر یک از آنها چه زمانی به این امر کمک می‌کنند.

احتمالات دیگر

احتمال دیگر این است که اتمسفر ضخیم یک سیاره در اثر برخورد با سیارکها یا دیگر سنگهای کوچک فضایی از بین رفته باشد. این فعالیت از جمع شدن گاز کافی برای حفظ اتمسفر قابل توجه از سیارات کوچکتر جلوگیری می‌کند. تخمین زده شده است که این روند ممکن است حدود 10 تا 100 میلیون سال طول بکشد.

یا این شکاف ممکن است در طول تشکیلات اولیه سیارات رخ دهد. ممکن است در هنگام شکل‌گیری بعضی از سیارات، گاز کافی برای ایجاد اتمسفر غلیظ و عمیق در آن جهان وجود نداشته باشد. در این سناریو، شعاع آن سیارات و بنابراین شکاف شعاعی از ابتدا تنظیم شده است.

هدف بعدی برای این دانشمندان چیست؟ آنها می‌خواهند بفهمند کدام فرآیندها در ایجاد شکاف شعاعی غالب هستند. آنها گفتند که کشف این مسئله می‌تواند مشکل باشد، زیرا آنها باید فاکتورهای دیگری مانند فعل و انفعالات بین اتمسفر تازه و میدانهای مغناطیسی سیاره یا اقیانوسهای ماگما را در نظر بگیرند.

سیارات مینی نپتون ممکن است اتمسفر خود را به دلیل تابش شدید ستاره‌ها یا گرمای باقی مانده از شکل‌گیری از دست بدهند. آنها سپس به دنیای سنگی ابرزمین تبدیل می‌شوند. تصویر از  NASA / Ames / JPL-Caltech.

منبع:

How Shrinking Planets Might Explain Missing Planets

Posted by Paul Scott Anderson May 27, 2021

https://earthsky.org/space/shrinking-planets-mini-neptunes-super-earths-radius-gap/