Een studie gepubliceerd in Nature Astronomy en uitgevoerd door Guo Jianheng van de Yunnan Observatories van de Chinese Academie van Wetenschappen biedt een perspectief op de gewelddadige atmosferische ontsnappingsprocessen van exoplaneten met een lage massa, in het bijzonder een proces dat bekend staat als hydrodynamische ontsnapping.

Het onthult verschillende aandrijfmechanismen die de hydrodynamische ontsnappingen beïnvloeden en stelt een nieuwe classificatiemethode voor om deze ontsnappingsprocessen te begrijpen.

Exoplaneten, waarmee planeten buiten ons zonnestelsel worden bedoeld, zijn een populair onderwerp in astronomisch onderzoek. De atmosferen van deze planeten kunnen om verschillende redenen de planeet verlaten en de ruimte binnendringen. Eén van die redenen is hydrodynamische ontsnapping, het proces waarbij de bovenste atmosfeer de planeet als geheel verlaat. Dit proces is veel intenser dan de ontsnapping van deeltjesgedrag die wordt waargenomen op de planeten van het zonnestelsel.

Hydrodynamische atmosferische ontsnapping zou kunnen hebben plaatsgevonden in de vroege stadia van de planeten in het zonnestelsel. Als de aarde op dat moment haar hele atmosfeer had verloren door hydrodynamische ontsnapping, zou ze net zo verlaten kunnen zijn geworden als Mars. Nu gebeurt deze intense ontsnapping niet langer op planeten als de aarde. Ruimte- en grondtelescopen hebben echter waargenomen dat hydrodynamische ontsnapping nog steeds plaatsvindt op sommige exoplaneten die zich zeer dicht bij hun gaststerren bevinden. Dit proces verandert niet alleen de massa van de planeet, maar beïnvloedt ook het klimaat en de bewoonbaarheid van de planeet.

In deze studie ontdekte Guo Jianheng dat de hydrodynamische atmosferische ontsnapping van exoplaneten met een lage massa alleen of gezamenlijk kan worden veroorzaakt door de interne energie van de planeet, het werk dat wordt gedaan door de getijdenkrachten van de ster, of door opwarming door de extreme ultraviolette straling van de ster. P>

Vóór deze studie moesten onderzoekers vertrouwen op complexe modellen om erachter te komen welk fysiek mechanisme de vloeistofontsnapping op een planeet veroorzaakte, en de conclusies waren vaak onduidelijk. Deze studie stelde voor dat alleen al het gebruik van de fundamentele fysieke parameters van de ster en de planeet, zoals massa, straal en baanafstand, de mechanismen van hydrodynamische ontsnapping uit planeten met een lage massa kan classificeren.

Op planeten met een lage massa en een grote straal kan voldoende interne energie of een hoge temperatuur atmosferische ontsnapping veroorzaken. Deze studie toonde aan dat het gebruik van de klassieke Jeans-parameter, een verhouding tussen de interne energie van de planeet en de potentiële energie, kan bepalen of de bovengenoemde ontsnapping plaatsvindt.

Voor planeten waar interne energie geen atmosferische ontsnapping kan veroorzaken, definieerde Guo Jianheng een verbeterde Jeans-parameter door getijdenkrachten van sterren te introduceren. Met de geüpgradede Jeans-parameter kunnen de rol van de getijdenkrachten van de ster en de extreme ultraviolette straling bij het veroorzaken van ontsnappingen in de atmosfeer eenvoudig en nauwkeurig worden onderscheiden.

Bovendien onthulde dit onderzoek dat planeten met een hoog zwaartekrachtpotentieel en een lage stellaire straling een grotere kans hebben op een langzame hydrodynamische ontsnapping uit de atmosfeer; anders zal de planeet voornamelijk snelle vloeistofontsnapping ondergaan.

De bevindingen van deze studie verduidelijken hoe de atmosfeer van een planeet in de loop van de tijd evolueert, wat belangrijk is voor het onderzoeken van de evolutie en oorsprong van planeten met een lage massa en zou kunnen helpen de bewoonbaarheid en evolutionaire geschiedenis van deze verre werelden beter te begrijpen.

Meer informatie: J. H. Guo, Karakterisering van de regimes van hydrodynamische ontsnapping uit exoplaneten met een lage massa, Natuurastronomie (2024). DOI:10.1038/s41550-024-02269-w

Journaalinformatie: Natuurastronomie

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen