Voor vele jaren, voor zover we wisten, ons zonnestelsel was alleen in het heelal. Toen begonnen betere telescopen een schat aan planeten te onthullen die om verre sterren cirkelden.

In 2014, NASA's Kepler Space Telescope overhandigde wetenschappers een weelde aan meer dan 700 gloednieuwe verre planeten om te bestuderen - velen van hen in tegenstelling tot wat we eerder hadden gezien. In plaats van gasreuzen zoals Jupiter, die eerdere enquêtes als eerste hadden opgepikt omdat ze gemakkelijker te zien zijn, deze planeten waren kleiner en meestal gesteente door massa.

Wetenschappers merkten op dat er veel van deze planeten waren ter grootte van of net groter dan de aarde, maar er was een steile grens voordat planeten de grootte van Neptunus bereikten. "Dit is een klif in de gegevens, en het is nogal dramatisch, "Zei de planetaire wetenschapper Edwin Kite van de Universiteit van Chicago. "Waar we over hebben gepuzzeld, is waarom planeten de neiging hebben om te stoppen met groeien voorbij ongeveer drie keer de grootte van de aarde."

In een paper gepubliceerd op 17 december in Astrofysische journaalbrieven , Kite en collega's aan de Washington University, Stanford universiteit, en Penn State University bieden een innovatieve verklaring voor deze daling:de oceanen van magma op het oppervlak van deze planeten absorberen gemakkelijk hun atmosferen zodra planeten ongeveer drie keer zo groot zijn als de aarde.

Vlieger, die de geschiedenis van Mars en de klimaten van andere werelden bestudeert, was goed gepositioneerd om de vraag te bestuderen. Hij dacht dat het antwoord zou kunnen afhangen van een weinig bestudeerd aspect van dergelijke exoplaneten. De meeste planeten die iets kleiner zijn dan de drop-off-grootte, zouden oceanen van magma op hun oppervlak hebben - grote zeeën van gesmolten gesteente zoals die ooit de aarde bedekten. Maar in plaats van te stollen zoals de onze, deze worden warm gehouden door een dikke deken van waterstofrijke atmosfeer.

"Tot dusver, bijna alle modellen die we hebben negeren dit magma, behandelen als chemisch inert, maar vloeibaar gesteente is bijna net zo vloeibaar als water en zeer reactief, " zei Kite, een assistent-professor bij de afdeling Geofysische Wetenschappen.

De vraag die Kite en zijn collega's overwoog was of, naarmate de planeten meer waterstof kregen, de oceaan zou de lucht kunnen gaan "eten". In dit scenario, naarmate de planeet meer gas krijgt, het stapelt zich op in de atmosfeer, en de druk op de bodem waar de atmosfeer het magma ontmoet, begint zich op te bouwen. Aanvankelijk, het magma neemt het toegevoegde gas met een constante snelheid op, maar naarmate de druk toeneemt, de waterstof begint veel gemakkelijker op te lossen in het magma.

"Niet alleen dat, maar het kleine beetje van het toegevoegde gas dat in de atmosfeer blijft, verhoogt de atmosferische druk, en dus zal een nog grotere fractie van later aankomend gas oplossen in het magma, ' zei Kite.

Zo stopt de groei van de planeet voordat ze de grootte van Neptunus bereikt. (Omdat het grootste deel van het volume van deze planeten zich in de atmosfeer bevindt, als de atmosfeer kleiner wordt, worden de planeten kleiner.)

De auteurs noemen dit de "fugacity crisis, " na de term die meet hoeveel gemakkelijker een gas oplost in een mengsel dan op basis van druk zou worden verwacht.

De theorie sluit goed aan bij bestaande waarnemingen, zei Kite. Er zijn ook verschillende markeringen waar astronomen in de toekomst naar kunnen zoeken. Bijvoorbeeld, als de theorie klopt, planeten met magma-oceanen die koud genoeg zijn om op het oppervlak te zijn uitgekristalliseerd, moeten verschillende profielen vertonen, omdat dit zou voorkomen dat de oceaan zoveel waterstof zou opnemen. Lopende en toekomstige onderzoeken van TESS en andere telescopen zouden astronomen meer gegevens moeten geven om mee te werken.

"Er bestaat zoiets als deze werelden niet in ons zonnestelsel, " zei Kite. "Hoewel ons werk een oplossing suggereert voor een van de puzzels die worden gesteld door sub-Neptunus exoplaneten, ze hebben ons nog veel te leren!"