Kunstnerens inntrykk av en krympende eksoplanet. (ESA/Hubble, NASA, M. Kornmesser) Vi vil over 4000 Eksoplaneter som kretser rundt andre stjerner i Melkeveien har blitt identifisert og bekreftet til dags dato. Fra den populasjonen har det dukket opp et merkelig mønster: det er ekstremt få eksoplaneter mellom 1,5 og 2 ganger størrelsen på jorden som går i bane rundt stjernene deres, et fenomen kjent som lite planetradiusgap .
Hvor ble de av alle sammen? Fantes de i det hele tatt til å begynne med? Det er et bisarrt mysterium, men ny forskning kan bare ha brakt oss nærmere et svar. I følge observasjoner, simuleringer og modellering er det sannsynlig at disse eksoplanetene eksisterte og krympet over milliarder av år.
'Det overordnede poenget er at planeter ikke er de statiske sfærene av bergarter og gass vi noen ganger har en tendens til å tenke på dem som,' sa astrofysiker Trevor David fra Flatiron Institute i New York City.
Det lille planetradiusgapet, som først ble identifisert i 2017, er interessant fordi det faller mellom to klassifikasjoner av eksoplaneter - jordstore verdener, og mini-Neptuner som er mindre enn Neptun, men som fortsatt har veldig tykke Neptun-lignende atmosfærer.
Det er flere mulige scenarier som forskere har foreslått for å forklare denne merkelige anomalien. Den ene er at de kanskje har akkurat dannet på den måten , fra skyer av materiale som er for sparsomme til å bygge en Neptun-lignende atmosfære - men den ledende teorien er at eksoplanetene opprinnelig ble større, før de senere krympet på grunn av atmosfærisk tap.
Denne ideen har blitt undersøkt før, men David og teamet hans la til en ny parameter til analysen deres: alderen til eksoplanetene, som dannes samtidig med stjernene deres.
De valgte en haug med eksoplaneter som er mindre enn 10 ganger så store som Jorden California-Kepler-undersøkelsen , et prosjekt for å måle de nøyaktige egenskapene til eksoplaneter og deres vertsstjerner.
Disse dataene gjorde det mulig for dem nøyaktig å oppnå en populasjon med riktig størrelsesområde. Deretter beregnet de stjernenes alder ved å bruke deres kjemiske sammensetning og lyssvingninger - to egenskaper som er knyttet til hvor gammel en stjerne er.
Derfra var neste trinn å dele systemene inn i to populasjoner - de yngre enn rundt 2 milliarder år, og de eldre. (Solsystemet, for kontekst, er omtrent 4,6 milliarder år gammelt.) Når de hadde gjort det, la forskerne merke til et interessant mønster.
Massegapet er ikke helt tomt, skjønner du, og fordelingen av eksoplaneter i det gapet så ut til å være delt etter alder. For de yngre systemene var gapet tommest i 1,6-jords radier-regionen. For de eldre systemene var det tommest rundt 1,8 jordradier.
Forskerteamet tolket dette som at noen mini-Neptuner krymper ganske dramatisk over milliarder av år, og mister atmosfæren for til slutt å legge igjen en naken kjerne - noevi kan hafaktiskobservert i eksoplaneter.
Over en viss kritisk grense har mini-Neptunene nok masse til å holde på atmosfæren deres gravitasjonsmessig, noe som resulterer i det observerte gapet.
Hva som forårsaker det atmosfæriske tapet, er fortsatt ukjent.
Et foreslått scenario er asteroide eller meteorbombardement. Gitt at den observerte prosessen tar milliarder av år, er det usannsynlig, konkluderte forskerne; bombardement ville fjerne en atmosfære over mye kortere tidsskalaer, mindre enn 100 millioner år.
Det etterlater to hovedalternativer. Den første er fotofordampning , hvor nærheten mellom stjernen og planeten er nok til at stjernens stråling striper atmosfæren. Den andre er kjernekjøling, der varme som slipper ut fra planetkjernen kommer inn i atmosfæren og hjelper til med å fjerne den innenfra.
Disse to forskjellige prosessene skjer på forskjellige tidsskalaer, som begge passer til teamets observasjoner. Dette betyr at det kreves mer analyse for å finne ut nøyaktig hva som krymper eksoplaneter.
'Sannsynligvis er begge effektene viktige,' sa David , 'men vi trenger mer sofistikerte modeller for å fortelle hvor mye hver av dem bidrar med og når.'
Forskningen er publisert i The Astronomical Journal .