Az exobolygók periódus-sugár és periódus-tömeg eloszlásában a szuperföldek és a forró jupiterek között ismert módon nem találunk a csillaghoz nagyon közel keringő bolygót (ezt szubjupiter-sivatag vagy Neptunusz-sivatagként említi az irodalom). A sivatag létére magyar kutatók hívták fel a figyelmet, később számos független analízis igazolta ennek meglétét.
Mára már számos magyarázat is napvilágot látott a sivatag kialakulására. Ezek három fő csoportba oszthatók.
- A fotoevaporációs modellek azzal számolnak, hogy a közepes tömegű, csillaghoz nagyon közel keringő bolygók nagyrészt elvesztették légkörüket a fotoevaporáció („fény hatására fellépő elpárolgás”) hatására, míg a szuperföldek és a forró jupiterek légköre stabil marad a nagy sugárzási térben is.
- A migrációs modellek abból indulnak ki, hogy az eredetileg a csillagtól távolabb keletkező bolygók valamilyen esemény hatására a csillaghoz közelebbi ellipszispályára állnak; a pálya eredetileg excentrikus, majd később körösödik. Az árapály-modellek bizonyos belső szerkezet esetében a bolygókat kijjebb húzódó pályára emelik, más szerkezet esetén a migráció befelé irányul; az eltérő szerkezet magyarázhatja a sivatag jelenlétét.
- A diszk-árapály-modellek alkotják a harmadik családot, ezek azzal számolnak, hogy még a bolygókeletkezés lezárulta előtt, a csillag körüli protoplanetáris korong eloszlása során a korong belső peremével gravitációsan csatolódnak a közepes tömegű bolygók, és a korong eloszló belső pereme viszi őket külső pályára; a kis tömegű bolygók esetében ez a csatolás gyenge, nagy tömegű bolygók esetében pedig nem hatékony.
E jóslatok között választhatunk, ha megvizsgáljuk a sivatag határán lévő bolygókat. Főleg a fotoevaporációs modellek jósolják azt, hogy a sivatag határa valamilyen mértékben függ a rendszer paramétereitől, bizonyos rendszerekben a közepes tömegű bolygók közelebb kerülhetnek a csillaghoz, mint más rendszerekben.
Ezt a kérdést az ELTE Gothard Asztrofizikai Obszervatóriumban vizsgálták magyar kutatók, a Szegedi Tudományegyetem fizika szakos BSc hallgatóinak szakmai gyakorlata keretében. A mostani közlemény első szerzőjének egy tanulmányban már korábban feltűnt, hogy a sivatag határán a bolygókat a csillag effektív hőmérséklete szerint színezve egy jellegzetes szerkezet rajzolódik ki, a hűvösebb csillagokhoz közelebb helyezkedik el a sivatag határa. A hallgatók bevonásával a többi lehetséges paraméter függését is megvizsgálták, és az eredmény meglepően összetett függőségi viszonyokat mutatott ki.
A csillag hőmérséklete után a sivatag határának pozícióját meghatározó második legfontosabb paraméter a csillag fémessége, és a csillag felszíni gravitációs gyorsulásával is találtak összefüggést. A hőmérséklet- és fémességfüggés egyértelműen a fotoevaporáció domináns szerepét mutatják: a forróbb csillag hatékonyabban „lenyúzza” a bolygók légkörét; viszont a nagyobb fémességű csillagok körüli bolygók kőzetmagja nagyobb, ami stabilizálja a bolygót az evaporációval szemben.
A bolygó legtöbb paraméterével nem találtak függést. Talán a legmeglepőbb következtetés az, hogy a bolygó átlagos sűrűségétől viszont függ a sivatag határa, de nem monoton módon. A csillaghoz közel keringő bolygók légkörét a besugárzás ismert módon felfújja (infláció), így a sűrűségük lecsökken. Azonban a legkisebb sűrűségű bolygókat nem a csillaghoz legközelebb találjuk: a csillaghoz nagyon közel, a sivatag határán majdnem kizárólag közepes sűrűségű, nem jelentősen felfújt bolygók keringenek. A legkisebb sűrűségű bolygókat a csillaghoz közel, ugyanakkor a sivatag peremétől kissé távolabb kell keresnünk. Ez azt mutatja, hogy az infláció és az evaporáció, mint két egymással ellentétes folyamat, a csillaghoz nagyon közel keringő, közepes tömegű bolygókat „lassan, de biztosan” megfosztják légkörüktől, ami a domináns folyamat lehet a szubjupiter-sivatag kialakulásában.
Az eredményeket részletező szakcikk az MNRAS Letters hasábjain jelenik meg, várhatóan áprilisban.
Forrás: https://arxiv.org/pdf/1903.04817.pdf
