Una simulazione al computer di come cambia la distribuzione delle dimensioni dei pianeti con l'invecchiamento dei sistemi planetari. Il divario del raggio è evidente intorno al doppio del raggio terrestre, sebbene dipenda dai periodi orbitali dei pianeti. L'evidenza suggerisce che il divario si sposta nel tempo man mano che i pianeti mini-Nettuno avvolti da gas perdono le loro atmosfere, lasciando dietro di sé una solida super-Terra. Viene evidenziato un pianeta sottoposto a questo processo (raffigurato come un nucleo con un'atmosfera), con il suo cambiamento di dimensione tracciato a destra. Credito:Animazione di Erik Petigura (UCLA); Simulazione di James Owen (Imperial College London)
C'è stata una svolta nel caso dei pianeti scomparsi.
Mentre le missioni di caccia ai pianeti hanno scoperto migliaia di mondi in orbita attorno a stelle lontane, c'è una grave scarsità di esopianeti che misurano tra 1,5 e due volte il raggio della Terra. Questa è la via di mezzo tra le super-Terre rocciose e più grandi, pianeti ricoperti di gas chiamati mini-Nettuno. Da quando ha scoperto questo "divario di raggio" nel 2017, gli scienziati hanno indagato sul motivo per cui ci sono così pochi corpi celesti di medie dimensioni.
Il nuovo indizio è nato da un nuovo modo di guardare i dati. Un team di ricercatori guidato da Trevor David del Flatiron Institute ha studiato se il divario del raggio cambia con l'invecchiamento dei pianeti. Hanno diviso gli esopianeti in due gruppi, giovani e vecchi, e hanno rivalutato il divario. I raggi dei pianeti meno comuni del gruppo più giovane erano in media più piccoli di quelli meno comuni del gruppo più vecchio, hanno trovato. Mentre la dimensione più scarsa per i pianeti più giovani era di circa 1,6 volte il raggio della Terra, è circa 1,8 volte il raggio della Terra in età più avanzata.
L'implicazione, i ricercatori propongono, è che alcuni mini-Nettuno si restringono drasticamente nel corso di miliardi di anni mentre le loro atmosfere si disperdono, lasciando solo un nucleo solido. Perdendo il loro gas, i mini-Nettuno "saltano" il raggio del pianeta e diventano super-Terre. Col passare del tempo, il divario del raggio si sposta man mano che i mini-Nettuno sempre più grandi fanno il salto, trasformandosi in super-Terre sempre più grandi. Il divario, in altre parole, è l'abisso tra le super-Terre più grandi e i mini-Nettuno più piccoli che possono ancora conservare le loro atmosfere. I ricercatori riferiscono i loro risultati il 14 maggio in Il Giornale Astronomico .
"Il punto fondamentale è che i pianeti non sono le sfere statiche di rocce e gas che a volte tendiamo a pensare a loro come, "dice Davide, ricercatore presso il Center for Computational Astrophysics (CCA) del Flatiron Institute di New York City. In alcuni modelli di perdita di atmosfera precedentemente proposti, "alcuni di questi pianeti erano 10 volte più grandi all'inizio della loro vita".
I risultati danno credito a due sospetti precedentemente proposti nel caso:il calore residuo dalla formazione planetaria e l'intensa radiazione dalle stelle ospiti. Entrambi i fenomeni aggiungono energia all'atmosfera di un pianeta, provocando la fuoriuscita di gas nello spazio. "Probabilmente entrambi gli effetti sono importanti, "dice Davide, “ma avremo bisogno di modelli più sofisticati per dire quanto ciascuno di loro contribuisce e quando” nel ciclo di vita del pianeta.
I coautori del documento includono la ricercatrice del CCA Gabriella Contardo, Ruth Angus, ricercatrice associata al CCA, La ricercatrice associata al CCA Megan Bedell, Il ricercatore associato del CCA Daniel Foreman-Mackey e il ricercatore ospite del CCA Samuel Grunblatt.
Il nuovo studio ha utilizzato i dati raccolti dalla navicella spaziale Kepler, che misurava la luce delle stelle lontane. Quando un esopianeta si sposta tra una stella e la Terra, la luce osservata dalla stella si attenua. Analizzando la velocità con cui il pianeta orbita attorno alla sua stella, la dimensione della stella, e l'entità dell'oscuramento, gli astronomi possono stimare le dimensioni dell'esopianeta. Queste analisi alla fine hanno portato alla scoperta del gap del raggio.
Gli scienziati hanno precedentemente proposto alcuni potenziali meccanismi per la creazione del divario, con ogni processo che si svolge in un diverso lasso di tempo. Alcuni credevano che il divario si verificasse durante la formazione planetaria quando alcuni pianeti si formano senza abbastanza gas nelle vicinanze per gonfiare le loro dimensioni. In questo scenario, il raggio del pianeta, e quindi la distanza del raggio, verrebbe impresso alla nascita. Un'altra ipotesi era che le collisioni con le rocce spaziali potessero spazzare via la spessa atmosfera di un pianeta, impedendo ai pianeti più piccoli di accumulare molto gas. Questo meccanismo di impatto richiederebbe dai 10 ai 100 milioni di anni.
Altri potenziali meccanismi richiedono più tempo. Una proposta è che i raggi X intensi e le radiazioni ultraviolette della stella ospite di un pianeta eliminino il gas nel tempo. Questo processo, chiamata fotoevaporazione, impiegherebbe meno di 100 milioni di anni per la maggior parte dei pianeti, ma potrebbe richiedere miliardi di anni per alcuni. Un altro suggerimento è che il calore residuo della formazione di un pianeta aggiunge lentamente energia all'atmosfera del pianeta, causando la fuga di gas nello spazio per miliardi di anni.
David e i suoi colleghi hanno iniziato la loro indagine esaminando più da vicino il divario stesso. Misurare le dimensioni di stelle ed esopianeti può essere complicato, quindi hanno ripulito i dati per includere solo i pianeti i cui diametri erano noti con sicurezza. Questa elaborazione dei dati ha rivelato un vuoto più vuoto di quanto si pensasse in precedenza.
I ricercatori hanno quindi ordinato i pianeti in base al fatto che fossero più giovani o più vecchi di 2 miliardi di anni. (Terra, per confronto, ha 4,5 miliardi di anni.) Poiché una stella e i suoi pianeti si formano contemporaneamente, hanno determinato l'età di ogni pianeta in base all'età della sua stella.
I risultati suggeriscono che i mini-Nettuno più piccoli non sono in grado di trattenere il loro gas. Nel corso di miliardi di anni, il gas viene strappato via, lasciandosi dietro una super-Terra per lo più solida. Questo processo richiede più tempo per i mini-Nettuno più grandi, che diventano le più grandi super-Terre, ma non avrà alcun impatto sui pianeti gassosi più giganteschi, la cui gravità è abbastanza forte da contenere le loro atmosfere.
Il fatto che il divario del raggio si evolva nel corso di miliardi di anni suggerisce che il colpevole non sono le collisioni planetarie o una stranezza intrinseca della formazione planetaria. Il calore residuo dall'interno dei pianeti che sta gradualmente strappando via l'atmosfera è una buona misura, Davide dice, ma anche l'intensa radiazione delle stelle madri potrebbe contribuire, soprattutto all'inizio. Il prossimo passo è che gli scienziati modellino meglio come si evolvono i pianeti per scoprire quale spiegazione gioca un ruolo più importante. Ciò potrebbe significare considerare ulteriori complessità come le interazioni tra atmosfere nascenti e campi magnetici planetari o oceani di magma.
