Er is een doorbraak geweest in het geval van de ontbrekende planeten.

Terwijl planeetjachtmissies duizenden werelden hebben ontdekt die om verre sterren draaien, er is een ernstige schaarste aan exoplaneten die tussen de 1,5 en twee keer de straal van de aarde meten. Dat is het midden tussen rotsachtige superaarde en groter, met gas omhulde planeten, mini-Neptunes genaamd. Sinds de ontdekking van deze 'radius gap' in 2017, wetenschappers hebben uitgezocht waarom er zo weinig middelgrote hemellichamen zijn.

De nieuwe aanwijzing kwam voort uit een frisse manier van kijken naar de gegevens. Een team van onderzoekers onder leiding van Trevor David van het Flatiron Institute onderzocht of de straalafstand verandert naarmate planeten ouder worden. Ze verdeelden exoplaneten in twee groepen - jong en oud - en beoordeelden de kloof opnieuw. De minst voorkomende planeetstralen uit de jongere verzameling waren gemiddeld kleiner dan de minst voorkomende uit de oudere verzameling, ze vonden. Terwijl de kleinste afmeting voor jongere planeten ongeveer 1,6 keer de straal van de aarde was, het is ongeveer 1,8 keer de straal van de aarde op oudere leeftijd.

De implicatie, stellen de onderzoekers voor, is dat sommige mini-Neptunes in de loop van miljarden jaren drastisch krimpen als hun atmosfeer weglekt, alleen een vaste kern achterlatend. Door hun gas te verliezen, de mini-Neptunes "springen" over de afstand van de planeetradius en worden superaarde. Na verloop van tijd, de straalopening verschuift naarmate grotere en grotere mini-Neptunes de sprong maken, transformeren in grotere en grotere super-aarde. de kloof, met andere woorden, is de kloof tussen de grootste superaarde en de kleinste mini-Neptunus die nog steeds hun atmosfeer kan behouden. De onderzoekers rapporteren hun bevindingen op 14 mei in Het astronomische tijdschrift .

"Het overkoepelende punt is dat planeten niet de statische bollen van rotsen en gas zijn, we hebben ze soms de neiging om ze te zien als, " zegt Davy, een research fellow bij het Center for Computational Astrophysics (CCA) van het Flatiron Institute in New York City. In sommige eerder voorgestelde modellen van atmosfeerverlies, "Sommige van deze planeten waren aan het begin van hun leven 10 keer groter."

De bevindingen geven geloof aan twee eerder voorgestelde verdachten in de zaak:overgebleven warmte van planetaire vorming en intense straling van de gaststerren. Beide fenomenen voegen energie toe aan de atmosfeer van een planeet, waardoor gas de ruimte in ontsnapt. "Waarschijnlijk zijn beide effecten belangrijk, " zegt Davy, "maar we hebben meer geavanceerde modellen nodig om te vertellen hoeveel elk van hen bijdraagt ​​en wanneer" in de levenscyclus van de planeet.

De co-auteurs van het artikel zijn onder meer CCA-onderzoeker Gabriella Contardo, CCA associate research scientist Ruth Angus, CCA associate research scientist Megan Bedell, CCA associate research scientist Daniel Foreman-Mackey en CCA gastonderzoeker Samuel Grunblatt.

De nieuwe studie gebruikte gegevens verzameld door het Kepler-ruimtevaartuig, die het licht van verre sterren meet. Wanneer een exoplaneet tussen een ster en de aarde beweegt, het waargenomen licht van de ster dimt. Door te analyseren hoe snel de planeet om zijn ster draait, de grootte van de ster, en de omvang van het dimmen, astronomen kunnen de grootte van de exoplaneet schatten. Deze analyses leidden uiteindelijk tot de ontdekking van de radius gap.

Wetenschappers hebben eerder een paar mogelijke mechanismen voorgesteld voor het ontstaan ​​van de kloof, waarbij elk proces op een andere tijdschaal plaatsvindt. Sommigen geloofden dat de kloof optreedt tijdens planetaire vorming wanneer sommige planeten worden gevormd zonder voldoende nabijgelegen gas om hun grootte op te blazen. In dit scenario, de straal van de planeet, en dus de straalopening, bij de geboorte zou worden afgedrukt. Een andere hypothese was dat botsingen met ruimterotsen de dikke atmosfeer van een planeet zouden kunnen wegblazen, voorkomen dat kleinere planeten veel gas ophopen. Dit inslagmechanisme zou ongeveer 10 miljoen tot 100 miljoen jaar duren.

Andere mogelijke mechanismen vergen meer tijd. Een voorstel is dat intense röntgenstralen en ultraviolette straling van de gastster van een planeet in de loop van de tijd gas wegnemen. Dit proces, fotoverdamping genoemd, zou voor de meeste planeten minder dan 100 miljoen jaar duren, maar voor sommigen miljarden jaren. Een andere suggestie is dat restwarmte van de vorming van een planeet langzaam energie toevoegt aan de atmosfeer van de planeet, waardoor gas gedurende miljarden jaren de ruimte in ontsnapt.

David en zijn collega's begonnen hun onderzoek door de kloof zelf van dichterbij te bekijken. Het meten van de afmetingen van sterren en exoplaneten kan lastig zijn, dus hebben ze de gegevens opgeschoond om alleen planeten op te nemen waarvan de diameters met zekerheid bekend waren. Deze gegevensverwerking bracht een lege lacune aan het licht dan eerder werd gedacht.

De onderzoekers sorteerden de planeten vervolgens op basis van of ze jonger of ouder waren dan 2 miljard jaar. (Aarde, ter vergelijking, is 4,5 miljard jaar oud.) Aangezien een ster en zijn planeten gelijktijdig worden gevormd, ze bepaalden de leeftijd van elke planeet op basis van de leeftijd van de ster.

De resultaten suggereren dat kleinere mini-Neptunes hun gas niet kunnen vasthouden. Gedurende miljarden jaren, het gas wordt weggestript, een grotendeels solide superaarde achterlatend. Dat proces duurt langer voor grotere mini-Neptunes - die de grootste superaarde worden - maar heeft geen invloed op de meest gigantische gasplaneten, waarvan de zwaartekracht sterk genoeg is om hun atmosfeer vast te houden.

Het feit dat de straalafstand over miljarden jaren evolueert, suggereert dat de boosdoener niet planetaire botsingen of een inherente gril van planetaire vorming is. Restwarmte van binnenuit de planeten die geleidelijk de atmosfeer weghalen, past goed, David zegt, maar intense straling van de moedersterren kan ook bijdragen, vooral vroeg. De volgende stap is dat wetenschappers beter kunnen modelleren hoe planeten evolueren om uit te zoeken welke verklaring een grotere rol speelt. Dat zou kunnen betekenen dat we rekening moeten houden met aanvullende complexiteiten, zoals de interacties tussen jonge atmosferen en planetaire magnetische velden of magma-oceanen.