행성의 수축은 사라진 우주 세계의 신비를 설명 할 수 있습니다

잃어버린 행성 문제에 돌파구가있었습니다.

행성에 대한 검색은 수천 개의 궤도 세계를 발견했습니다. 먼 별지구 지름의 1.5 배에서 2 배 사이의 반경을 가진 외계 행성이 극도로 부족합니다. 이것은 바위가 많은 초 지구와 가스로 덮인 거대한 지구 사이의 중간입니다. 행성 Mini Neptune이라고합니다. 2017 년에이“반경 간격 ”이 발견 된 이후 과학자들은 왜 중간 크기의 천체가 그렇게 적은지 연구 해 왔습니다.

새로운 증거는 데이터를 보는 새로운 방식에서 비롯되었습니다. Flatiron Institute의 Trevor David가 이끄는 연구팀은 행성이 노화함에 따라 반경 간격이 변하는 지 여부를 조사했습니다. 그들은 외계 행성을 크고 작은 두 그룹으로 나누고 그 간격을 재평가했습니다. 그들은 더 작은 그룹의 행성의 덜 일반적인 반지름이 더 오래된 그룹의 가장 덜 일반적인 반지름보다 평균적으로 더 작다는 것을 발견했습니다. 작은 행성의 가장 희귀 한 크기는 지구 반지름의 약 1.6 배 였지만 노년기에는 지구 반지름의 약 1.8 배입니다.

연구원들은 일부 소형 해왕성이 대기가 빠져 나 가면서 수십억 년에 걸쳐 극적으로 축소되어 단단한 핵만 남게된다는 의미를 암시합니다. 가스를 잃은 어린 해왕성은 행성의 반경 간격을 “점프”하여 슈퍼 지구가됩니다. 시간이 지남에 따라 반경 간격은 더 크고 더 큰 작은 해왕성이 도약하여 더 크고 더 큰 지상 행성으로 변모함에 따라 이동합니다. 다시 말해, 그 간격은 가장 큰 초 지구의 크기와 대기를 유지할 수있을 정도로 너무 작아서 가장 작은 해왕성 사이의 간격입니다. 연구원들은 5 월 14 일에 그들의 발견을보고했습니다 천문학 저널.

뉴욕에있는 Flatiron Institute (CCA)의 전산 천체 물리학 센터 (CCA)의 연구원 인 David는 “요점은 행성이 암석과 가스의 고정 된 영역이 아니라는 것입니다. 우리는 때때로 그것들에 대해 생각하는 경향이 있습니다.”라고 말합니다. 시티. 이전에 제안 된 일부 대기 손실 모델에서 “이 행성 중 일부는 생애 초기에 10 배 더 컸습니다.”

이 결과는 이전에 제안 된 두 명의 용의자, 즉 행성 형성으로 인한 잔류 열과 숙주 별의 강렬한 복사에 대한 신뢰를 제공합니다. 두 현상 모두 행성 대기에 에너지를 추가하여 가스가 우주로 빠져 나가게합니다. David는 “두 효과가 모두 중요 할 가능성이 있습니다. 그러나 우리는 각각이 행성의 수명주기에 얼마나 많이 그리고 언제 기여하는지보기 위해 더 복잡한 모델이 필요합니다.”라고 말합니다.

이 논문의 공동 저자는 Gabriella Contardo, CCA Research Fellow, Ruth Angus, CCA Associate Research Scientist, Megan Biddle, Associate Research Scientist Daniel Foreman Mackie 및 CCA Guest Researcher Samuel Gronblatt입니다.

이 새로운 연구는 멀리 떨어진 별의 빛을 측정 한 케플러 우주선이 수집 한 데이터를 사용했습니다. 외계 행성이 별과 지구 사이를 이동하면 별에서 관측 된 빛이 어두워집니다. 천문학 자들은 행성이 별 주위를 얼마나 빨리 회전하는지, 별의 크기와 어두운 정도를 분석함으로써 외계 행성의 크기를 추정 할 수 있습니다. 이러한 분석은 궁극적으로 반경 간격을 발견했습니다.

과학자들은 이전에 각 프로세스가 서로 다른 시간 척도로 발생하는 잠재적 인 갭 생성 메커니즘을 제안했습니다. 어떤 사람들은 행성이 형성되는 동안 어떤 행성이 크기를 확대하기에 충분한 가스없이 형성 될 때 그 간격이 발생한다고 믿습니다. 이 시나리오에서는 행성의 반경과 반경 간격이 출생시 각인됩니다. 또 다른 가설은 우주 암석과의 충돌이 행성의 두꺼운 대기를 폭발시켜 작은 행성이 많은 가스를 축적하는 것을 방지 할 수 있다는 것입니다. 이 충격 메커니즘은 천만년에서 1 억년이 걸릴 것입니다.

다른 잠재적 메커니즘에는 더 많은 시간이 필요합니다. 한 가지 제안은 행성의 호스트 별에서 나오는 강렬한 X 선과 자외선이 시간이 지남에 따라 가스를 제거한다는 것입니다. 광학 증발이라고하는이 과정은 대부분의 행성에서 1 억 년 미만이 걸리지 만 일부 행성에서는 수십억 년이 걸릴 수 있습니다. 또 다른 제안은 행성의 형성에서 남은 열이 행성의 대기에 천천히 에너지를 추가하여 가스가 수십억 년에 걸쳐 우주로 빠져 나가게한다는 것입니다.

데이비드와 그의 동료들은 격차 자체를 면밀히 조사하여 조사를 시작했습니다. 별과 외계 행성의 크기를 측정하는 것은 어려울 수 있으므로 직경이 자신있게 알려진 것들만 포함하도록 데이터를 정리했습니다. 이 데이터 처리는 이전에 생각했던 것보다 더 빈 공간을 드러 냈습니다.

그런 다음 연구원들은 20 억년 전보다 더 젊거나 더 오래된 행성을 기준으로 행성을 분류했습니다. (비교하자면 지구는 45 억년 전입니다.) 별과 행성이 동시에 형성되기 때문에 그들은 별의 나이에 따라 각 행성의 나이를 결정했습니다.

결과는 어린 해왕성이 가스를 붙잡을 수 없음을 나타냅니다. 수십억 년 동안 가스가 제거되어 거대하고 종종 단단한 지구가 남습니다. 이 과정은 가장 큰 초 지구 행성이되는 젊은 해왕성의 경우 더 오래 걸리지 만, 중력이 대기를 견딜만큼 충분히 강한 대부분의 가스 거인에게는 영향을 미치지 않습니다.

반경 간격이 수십억 년에 걸쳐 발생한다는 사실은 범인이 행성 충돌이나 행성 형성에 내재 된 기발함이 아니라는 것을 나타냅니다. 데이비드는 행성 내부의 잔류 열이 점차적으로 대기를 제거하는 것이 적절하다고 말합니다. 별 특히 초기에 기여할 수 있습니다. 다음 단계는 과학자들이 어떤 설명이 더 큰 역할을 하는지를보기 위해 행성이 어떻게 진화하는지 더 잘 모델링하는 것입니다. 이것은 초기 대기와 행성 또는 마그마 바다의 자기장 간의 상호 작용과 같은 추가 복잡성을 살펴 보는 것을 의미 할 수 있습니다.

Simons Foundation 제공