سیاره‌های کوچک‌شونده شاید حلقه‌ی گمشده‌ی تکامل سیارات باشند
کشف چندین سیاره‌ی فراخورشیدی که به‌نظر می‌رسد در حال کوچک شدن هستند، ممکن است حلقه‌ی گمشده در روند تکامل سیاره‌ای باشد.
دانشمندان چهار سیاره‌ی فراخورشیدی از نوع نپتون کوچک را اطراف ستارگان آن‌ها کشف کرده‌اند که جو خود را با نرخی مطابق با کاهش جرم کلی از دست می‌دهند. این نشان می دهد که این اجرام در نهایت به سیارات سنگی و تقریبا به اندازه‌ی زمین کوچک می‌شوند و ستارگان مادر، عامل چنین روند تکاملی هستند.
هرچند دانشمندان از مدت‌ها قبل هم فکر می‌کردند که این دو نوع سیاره‌ی فراخورشیدی به هم مرتبط هستند، اما مسیری که مینی نپتون‌ها جو خود را از دست می‌دهند، ناشناخته بود.
در حالی که سازوکارهای دیگری هم می‌توانند نقش داشته باشند، جهان‌های کوچک‌تری که به‌تازگی شناسایی شده‌اند، نشان می‌دهند که جداسازی از طریق تابش ستاره‌ای یکی از مهم‌ترین موارد در این روند تکاملی است.
کهکشان راه شیری جایی بزرگ و سرشار از تنوع است و تا کنون انواع زیادی از سیاره‌های فراخورشیدی در آن شناسایی شده‌اند که با آنچه در منظومه‌ی شمسی خودمان می‌بینیم بسیار متفاوتند.
یکی از انواع آن‌ها مینی نپتون است؛ رایج‌ترین نوع سیاره‌های فراخورشیدی که توسط مأموریت کپلر شناسایی شد، اما به‌طرزی عجیب، در همسایگی کوچک خودمان در کهکشان، وجود ندارد.
این نوع سیاره‌های فراخورشیدی جرم بیشتری از زمین و جرم کمتری نسبت به نپتون دارند، اما مانند نپتون هنوز در اتمسفر غلیظی از هیدروژن و هلیوم پوشیده شده‌اند. به‌نظر می‌رسد این سیارات فراخورشیدی، از ۲ برابر شعاع زمین کوچک‌تر نمی‌شوند.
دسته‌ی بعدی اَبَرزمین‌ها هستند که اندازه‌ی آن‌ها بین ۱ تا ۱.۵ برابر شعاع زمین است. بدین ترتیب بین ۱.۵ و ۲ شعاع زمین، شکاف عجیبی وجود دارد که در آن سیارات فراخورشیدی بسیار کمیاب هستند. این بازه به‌عنوان شکاف شعاع سیاره‌ی کوچک شناخته می‌شود.
دانشمندان معتقدند این شکاف به این دلیل وجود دارد که سیارات فراخورشیدی، بالاتر از حد بحرانی خاصی، جرم کافی برای حفظ جو اولیه‌ی قابل توجهی را دارند که اندازه‌ی آن‌ها را ناگهان زیاد می‌کند و در طبقه‌بندی مینی نپتون‌ها قرار می‌دهد. از سوی دیگر، اَبَرزمین‌ها که جرم کافی ندارند، یا جو اولیه‌ی خود را از دست داده‌اند، یا از ابتدا جو نداشته‌اند.
روند از دست دادن جو سیاره بر اثر تابش ستاره‌ی مادر
Credit: ESA/Hubble, NASA, M. Kornmesser
پرسش بعدی این است که اگر این سیارات فراخورشیدی با اتمسفر اولیه متولد شده‌اند، چگونه جو خود را از دست داده‌ند؟
یکی از راه‌های بالقوه که از دست دادن جرم با نیروی هسته نامیده می‌شود، گرمای داخلی ناشی از شکل‌گیری سیاره است که در آن انرژی پیوند گرانشی به گرما تبدیل می‌شود و جو اولیه را به بیرون پرتاب می‌کند. روش دیگر تبخیر نوری نام دارد که در آن تابش شدید پرتو ایکس و فرابنفش ستاره‌ی جوان مرکزی، جو سیاره‌ی فراخورشیدی را از بین می‌برد.
تعیین اینکه کدام سناریو منجر به تبدیل مینی نپتون‌ها به اَبَرزمین‌ها می‌شود، نیازمند مشاهده‌ی سیارات فراخورشیدی در حال از دست دادن جو و تعیین نرخ آن است.
بدین ترتیب طی این مطالعه‌ی جدید که در «استروفیزیکال ژورنال» (Astrophysical Journal) منتشر خواهد شد، پژوهشگران به سرپرستی «مایکل ژانگ» (Michael Zhang) ستاره‌شناس مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا (Caltech) از طیف‌سنجی برای بررسی جو چهار مینی نپتون اطراف ستاره‌های کوتوله‌ی نارنجی استفاده کردند تا سرعت نشت هلیوم را در آن‌ها تشخیص دهند.
یکی از این چهار مینی نپتون TOI 560b نام دارد که با شعاع ۲.۸ برابر شعاع زمین در اوایل سال جاری بررسی شد. سه سیاره‌ی دیگر جدید هستند و به‌ترتیب شامل TOI 1430.01 با شعاع ۲.۱ برابر زمین، TOI 1683.01 با شعاع ۲.۳ برابر زمین و TOI 2076b با شعاع ۲.۵۲ برابر زمین می‌شوند.
طبق نتایج به‌دست آمده، هر چهار سیاره، نشت قابل توجهی از هلیوم داشتند که نه بر اثر گرمای ناشی از انرژی هسته‌ی سیاره، بلکه به دلیل تبخیر ناشی از نور ستاره‌ی مادر بود. این میزان تلفات برای از بین بردن اتمسفر این سیارات فراخورشیدی در عرض چند صد میلیون سال کافی است که در زمان کیهانی یک مقیاس زمانی بسیار کوتاه محسوب می‌شود.
یافته‌های این تیم همچنین نشان می‌دهد که بیشتر نپتون‌های کوچکی که دور ستاره‌های خورشید-مانند می‌چرخند، احتمالا به اَبَرزمین‌ها تبدیل می‌شوند و این فرآیند از طریق تبخیر نوری انجام می‌شود.
این تیم در بیانیه‌ی خود گفت: «اگر نه همه، بسیاری از این سیارات، پوشش غنی از هیدروژن خود را از دست می‌دهند و به اَبَرزمین تبدیل می‌شوند. نتایج ما نشان می‌دهد که بیشتر نپتون‌های کوچکی که دور ستاره‌های خورشید مانند می‌چرخند، اتمسفر اولیه دارند و تبخیر نوری مکانیزم کارآمدی برای از بین بردن جوها آن‌ها و تبدیل به ابرزمین است.»
عکس کاور: طرحی گرافیکی از یک سیاره‌ی کوچک‌شونده
Credit: NASA/ESA/D. Player (STScI)
منبع: Science Alert
