A pokoli lávavilág egykor forró Jupiter lehetett?

3315

Izzó felszínű kőzetbolygó lehet a maradványa a CoRoT-7 külső vidékéről a csillag közelébe besodródott gázóriásnak. Árapálykatasztrófa okozhatta az egykori vastag légkör vesztét.

A CoRoT-7b egy kicsi kőzetbolygó, mely életét gázóriásként kezdhette, csak aztán túl közel került a csillagához. Forrás: ESO/L. Calcada

Egy friss kutatás szerint a rövid, néhány napos keringési periódusok arra utalnak, hogy ezek az ún. forró Földek valójában egykori forró Jupiterek légkörtől lecsupaszított maradványai. Ez a bolygókeletkezési mód pontosan az ellenkezője a naprendszerbeli ”kicsitől a nagyig” elvnek, vagyis annak, hogy a bolygók kisebb méretű fragmentumok összetapadásából növekedtek.

Különböző eredetük lehet a Földhöz hasonló tömegű bolygóknak”  – nyilatkozta Arieh Konigl (Chicagoi Egyetem). Konigl és munkatársai tanulmányukban arra keresték a választ, hogyan keletkezhettek a forró Földek. Ezek az égitestek az exobolygók speciális alosztályát alkotják, melyek a csillagukhoz nagyon közel keringenek, így keringési idejük rövid (jellemzően pár nap) és felszínük nagyon forró (ezer fok felett).

A munka elindítója egy múlt évben megjelent tanulmány állítása. A cikk szerint ezek a bolygók egykori forró Jupiterek hátramaradt kőzetmagjai lehettek. Konigl és csapata modellszámításokkal vizsgálták, mi történne, ha egy forró Jupiter elveszítené az atmoszféráját.

A mi Naprendszerünkben a gázóriások mindegyike messze kering a Naptól, ma már stabil pályákon, az aszteroida övön túli „hűvös” külső Naprendszerben. Mind az óriások, mind a kőzetbolygók ugyanazon kicsitől a nagyig elv szerint keletkeztek, azaz a porszemcsék, fragmentumok gravitációs összetapadásával. Miközben a belső régiókból a könnyű gázokat kifújta a csillagszél, addig a külső Naprendszerben megmaradtak, és az ott összeállt bolygókezdemények keringésük során összegyűjtötték. A későbbiekben ezek a bolygók stabil pályára álltak és ma is születési helyüktől nem messze keringenek a Nap körül.

De nem minden bolygórendszer viselkedik ilyen nyugodtan. Amikor a bolygók egymással gravitációsan kölcsönhatnak, a fellépő perturbációk hatására eltéríthetik egymás pályáját[1]. Így jöhetnek létre a csillagukat hátrahagyó magányos bolygók[2], de akár a bolygórendszer belső vidékében, a csillaguk közvetlen közelében is új pályára állhatnak.

Itt pedig akár “bajba is kerülhet” a bolygó, ha túlságosan megközelíti, vagy átlépi a csillagának ún. Roche-határát. A Roche-határ egy égitest középpontjától mért kritikus távolság. Ezen belül egy a gravitáció által összetartott kísérő nem maradhat egyben, feldarabolódik, mert az árapályerők keltette feszültségek erősebbé válnak a kísérő saját gravitációs összetartásánál.

Egy a Roche-határ közelébe került kísérő sorsa. Először csak megnyúlik az égitest, majd megbomlik a szerkezeti integritása. A darabok pályára állnak a csillag körül, annál gyorsabb pályán, minél közelebb vannak a csillaghoz. A kísérő végül egy gyűrűt alkot a csillag körül.

Konigl és csapata a keletkezési modelljük szerinti két alcsoportba sorolták a forró Földeket. Az általuk “korai magoknak” elnevezett típus esetében az egykori gázóriás nagyon elnyúlt ellipszispályára került. A pálya pericentruma a Roche-határon belül volt, de mégsem semmisült meg teljesen a bolygó. Ennek két oka van. Egyrészt a csillaghoz legközelebbi pályaíven mozognak a leggyorsabban az égitestek (vagyis relatíve rövid időközöket töltött ott a bolygó), másrészt a gázóriás szilárd kőzetmagja sokkal jobban ellenállt az árapály-feszítésnek, mint a (szintén gázokból álló) köpenye, vagy a légköre.

Konigl-ék szerint ugyanaz mentette meg a bolygót a teljes pusztulástól, ami a gázanyagától megfosztotta. A modelljeik szerint a gázburok elvesztése miatt a bolygó kissé kifelé sodródott, pályaellipszise egyre kevésbé elnyúlt alakúvá vált, míg végül körpályára nem állt. Ennek a körpályának a sugara pedig már a Roche-határon kívülre esett, így a bolygó megmenekült a teljes megsemmisüléstől. A bolygónak, ha maradt is egy kevés gázanyaga, azt a későbbiekben a heves csillagszél nagyon hamar elfújhatta, hátrahagyva az általunk megfigyelt forró Földet.

A “késői magok” egy nyugodtabb folyamaton estek át. Számításaik szerint a perdületvesztés hatására lassú ütemben csökkent a gázóriás  pályasugara, szép lassan sodródott a csillag közvetlen közelébe. A Roche-határ elérésekor kezdte elveszíteni a légkörét, miközben folytatta a befelé sodródást. Esetükben a teljes megsemmisülést a folyamat lassúsága, és a kőzetmag árapály-feszítéssel szembeni (a gázanyaghoz képest jóval nagyobb) ellenálló képessége akadályozta meg.

A forró Jupiterek megerősítik ezt az elméletet. Konigl szerint: „Nem találtunk forró Jupitert kevesebb, mint egy napos keringési idővel[3]. Ez arra utal, ha egy a Roche-határon belülre kerül, akkor ledobja a légkörét és forró Földdé válik.”

Az elkövetkezendő űrfotometriai missziók, mint a TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) és a PLATO (Planetary Transits and Oscillations of stars) további új bolygókat fognak felfedezni. Ezek segíthetnek az ismert bolygók osztályozását egyértelműbbé tenni, hipotetikusan létező típusokat erősíthetnek meg, vagy olyanokat is találhatnak, amilyeneket eddig el sem tudtunk képzelni.

Forrás: astronomy.com

Szakcikk: a The Astrophysical Journal Letters-ben jelent meg (846:L13), iopscience.iop.org

[1] Ilyenek a Naprendszerben is történtek, pl. ennek hatására cserélt helyet az Uránusz és a Neptunusz, azaz eredetileg az Uránusz közelebb keringett a Naphoz, mint a Neptunusz.

[2] Mint a CFBDSIR J214947.2-040308.9

[3] A rövid keringési idő és csillagtól mért távolság hasonló értelemben használható. A szerző arra utal, hogy a csillagához közel a Roche-határon belül, vagyis kevesebb mint egy napos periódussal keringő forró Jupitert nem ismerünk.

Hozzászólás

hozzászólás