突破:萎缩的行星可以解释宇宙失踪世界的神秘面纱

Exoplanet神秘的概念

Flatiron研究所的研究人员通过对开普勒太空望远镜的数据进行研究,发现行星在数十亿年间的收缩可能解释了一个持续了一年的谜:缺少大小约为地球两倍的行星。

失踪行星的研究有了突破。

虽然行星狩猎任务已经发现了数千个世界轨道遥远的星星,但在地球半径的1.5和两倍之间的缺乏症状的缺乏缺乏。这是岩石超地和较大的气笼的行星之间的中间地,称为迷你Neptunes。自2017年发现这一“半径差距”以来,科学家们一直在闲逛,为什么天体有这么少。

新的线索从一种清新的方式看待数据。由Flatiron Institute的Trevor David领导的研究人员团队调查了半径差距是否随着行星年龄而变化。他们将外产品分为两组 - 年轻和旧的 - 并重新评估了差距。他们发现,来自较年轻集中的最少共同的星球半径平均比最不常见的集成更小。虽然较年轻的行星的陡峭尺寸约为地球半径约为1.6倍,但它在老年人的地球半径约为1.8倍。

研究人员提出,这意味着,一些小型海王星在数十亿年的时间里急剧收缩,因为它们的大气泄漏,只留下一个固体核心。通过失去它们的气体,迷你海王星“跳跃”了行星半径的间隙,成为超级地球。随着时间的推移,半径的差距随着越来越大的迷你海王星的跳跃而改变,变成越来越大的超级地球。换句话说,这个差距就是最大的超级地球和最小的仍能保留大气层的迷你海王星之间的鸿沟。研究人员于2021年5月14日在《纽约时报》上报道了他们的发现天文杂志

Exoplanet Radius Gap Infographic

描述系外行星半径差距的信息图表。信贷:西蒙基金会

“首要地点是行星不是岩石和天然气的静态球体,我们有时会倾向于想到它们,”纽约市的计算天体物理学中心(CCA)中心研究员David说。在一些先前提出的大气损失模型中,“这些行星中的一些人在他们的生活中的开始是10倍。”

这一发现为先前提出的两个怀疑提供了依据:行星形成的剩余热量和来自主恒星的强烈辐射。这两种现象都会给行星的大气层增加能量,导致气体逸入太空。“可能这两种影响都很重要,”大卫说,“但我们需要更复杂的模型来确定它们各自的影响程度以及它们在地球生命周期中的时间。”

该论文的合著者包括美国CCA研究员Gabriella Contardo、美国CCA副研究员Ruth Angus、美国CCA副研究员Megan Bedell、美国CCA副研究员Daniel Foreman-Mackey和美国CCA客座研究员Samuel Grunblatt。

这项新研究使用了开普勒宇宙飞船收集的数据,该飞船测量了来自遥远恒星的光。当一个太阳系外行星在恒星和地球之间移动时,观测到的恒星发出的光变暗了。通过分析这颗行星围绕其恒星运行的速度、恒星的大小以及变暗的程度,天文学家可以估计出这颗系外行星的大小。这些分析最终导致了半径间隙的发现。


一种计算机模拟行星尺寸如何变化作为行星系统时代的变化。半径差距在双地球的半径周围是显而易见的 - 尽管它取决于行星的轨道周期。证据表明,间隙随着空体包络的迷你而转移海王星行星失去了它们的大气层,留下了一个固体的超级地球。其中一颗正在经历这一过程的行星被突出显示(描绘成一个有大气层的核心),其大小的变化在右边标明。资料来源:埃里克·佩蒂古拉(加州大学洛杉矶分校)动画;模拟由James Owen (伦敦帝国理工学院

科学家们之前提出了几个可能的形成机制,每个过程都发生在不同的时间尺度上。一些人认为,这个间隙发生在行星形成过程中,当时一些行星没有足够的附近气体来膨胀它们的大小。在这种情况下,行星的半径,也就是半径差距,会在诞生时就被印上印记。另一种假设是,行星与太空岩石的碰撞会炸掉其厚厚的大气层,从而阻止较小的行星积累大量气体。这种碰撞机制大约需要1000万到1亿年的时间。

其他可能的机制需要更多的时间。一种观点认为,随着时间的推移,来自行星主恒星的强烈x射线和紫外线辐射会带走气体。这一过程被称为光蒸发,对大多数行星来说需要不到1亿年的时间,但对某些行星来说可能需要数十亿年。另一种说法是,在数十亿年的时间里,行星形成过程中残留的热量会慢慢地将能量添加到行星的大气中,导致气体逸入太空。

大卫和他的同事们开始了他们的调查,他们更仔细地研究了这个差距本身。测量恒星和系外行星的大小是很棘手的,所以他们整理了数据,只包括那些直径已知的行星。这种数据处理揭示了一个比之前认为的更空的缺口。

研究人员然后根据他们是否年轻或超过20亿年来对行星进行排序。(为了比较,是45亿岁。)由于星及其行星同时形成,他们根据其明星的年龄确定每个星球的年龄。

结果表明,较小的迷你Neptiunes无法坚持他们的天然气。多年来,气体被剥夺,留下了大多数固体超地。该过程对于较大的迷你Neptunes来说需要更长的时间 - 这成为最大的超地球 - 但不会影响最大的船舶天然气行星,其重力足够强大,以保持其气氛。

半径差距的演变经过了数十亿年的事实表明,罪魁祸首不是行星碰撞或行星形成的固有怪癖。大卫说,行星内部的残余热量逐渐从大气中剥离出来,这是一个很好的匹配,但是来自母恒星的强烈辐射也可能是原因之一,特别是在早期。下一步是让科学家们更好地建立行星演化的模型,以找出哪种解释起着更大的作用。这可能意味着要考虑额外的复杂性,比如初生的大气层与行星磁场或岩浆海洋之间的相互作用。

参考:《系外行星大小分布的演化:数十亿年形成大型超级地球》,作者:Trevor J. David、Gabriella Contardo、Angeli Sandoval、Ruth Angus、Yuxi (Lucy) Lu、Megan Bedell、Jason L. Curtis、Daniel L. mackey、Benjamin J. Fulton、Samuel K. Grunblatt和Erik A. Petigura, 2021年5月14日,天文杂志
DOI:10.3847 / 1538-3881 / ABF439

2评论论“突破:萎缩的行星可以解释宇宙失踪世界的神秘”

  1. 非常有趣的文章,然而,需要更多的数据来验证背后的理论。当发现更大样本的行星和更多小型冰巨星的例子时,看看未来会发生什么将是一件有趣的事情。理论和观测还是会分道扬镳呢?

  2. 先生g . Ranganathan|2021年5月31日上午8点21分|回复

    Babu G. Ranganathan *
    (圣经文学士学位/生物学yabo124)

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    *我曾在各所学院和大学的进化论科学教师和学生面前成功地为创造辩护(后面有问答环节)。由于我在宗教和科学方面的著述,我有幸被侯爵《东方名人录》第24版收录。

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