Undele supersonice ar putea explica orbitele neobișnuite ale Jupiterilor fierbinți
O echipă de astronomi din Statele Unite a dezvoltat, pe baza unor simulări avansate, o teorie nouă care ar putea explica modul în care planetele gigantice gazoase migrează pe orbite extrem de apropiate de stelele lor. Studiul, condus de J. J. Zanazzi de la Universitatea de Stat din Pennsylvania, arată cum Jupiterii fierbinți și planetele de dimensiunea lui Neptun ar putea migra din orbite eliptice îndepărtate, eliberând energie prin unde de șoc în atmosferele exterioare. Rezultatele au fost publicate în The Astrophysical Journal.
Grupări și goluri observaționale
Jupiterii fierbinți sunt exoplanete cu mase comparabile cu cea a celei mai mari planete din sistemul solar, dar care orbitează extrem de aproape de stelele lor, cu temperaturi ce pot depăși 2.000 Kelvin. Perioadele lor orbitale sunt foarte scurte și se concentrează într-o fereastră între trei și cinci zile, fenomen numit „aglomerarea Jupiterilor fierbinți”. O grupare similară apare și la gigantele gazoase mai mici, cu mase între cele ale lui Neptun și Saturn, numită „creasta Neptunului”. Spre deosebire de Jupiterii fierbinți, aceste planete sunt rare pe orbite mai scurte de aproximativ trei zile, creând un gol observațional numit „deșertul Neptunului”.
Unde de gravitație de suprafață și șocuri
Pentru a investiga aceste fenomene, echipa a analizat simulări detaliate ale exoplanetelor gigantice în migrație, realizate de coautorul Morgan MacLeod de la Universitatea Harvard. În apropierea maximă a unei orbite eliptice, planeta resimte forțe gravitaționale intense din partea stelei. Ca urmare, în simulări apar oscilații la scară planetară numite „unde de gravitație de suprafață”, care se propagă orizontal pe suprafața planetei. În atmosfera exterioară subțire, unde densitatea scade brusc, aceste unde pot depăși viteza sunetului în gaz. Fluxul supersonic se transformă atunci într-o undă de șoc, o creștere bruscă a presiunii și densității care converteste rapid energia undei în căldură. Deoarece această energie provine din orbita planetei, fiecare șoc transformă traiectoria orbitală într-una cu energie mai mică și mai circulară. În unele cazuri, căldura oferă și energia necesară pentru ca gazul să scape de pe planetă.
Soarta planetelor depinde de adâncimea șocului
În simulări, soarta fiecărei planete a depins de adâncimea la care a apărut șocul în atmosferă. „Am descoperit că șocurile superficiale au permis păstrarea masei unei gigante gazoase, în timp ce șocurile profunde au îndepărtat învelișurile gazoase, lăsând în urmă nuclee sterile de planetă gigantă”, explică Zanazzi. Echipa sugerează că acest din urmă caz violent ar putea fi responsabil pentru exoplanetele stâncoase dense, cu mase de zeci de ori mai mari decât cea a Pământului, găsite adesea la distanțe orbitale extrem de mici de stelele lor. „De asemenea, anticipăm că procesul care îndepărtează aceste învelișuri planetare ar trebui să fie observabil, iar în prezent analizăm ce telescoape pot detecta aceste evenimente luminoase”, adaugă Zanazzi.
O explicație pentru deșertul Neptunului
În modelul echipei, soarta unei planete depinde de cât de repede este alungită orbita sa. De obicei, acest lucru se întâmplă lent: odată ce planeta se apropie suficient de stea, șocurile undelor de gravitație de suprafață încep să circularizeze orbita, oprind orice alungire ulterioară. Astfel, atât Jupiterii fierbinți, cât și gigantele gazoase mai mici rămân stabilizate la o distanță sigură, ceea ce explică aglomerarea Jupiterilor fierbinți și creasta Neptunului. Dacă însă orbita este alungită rapid, planeta poate plonja prea aproape de stea înainte ca șocurile să acționeze, pierzându-și gazul la fiecare trecere. Aceasta oferă o nouă explicație pentru deșertul Neptunului, a cărui margine corespunde îndeaproape distanței la care începe această pierdere de masă. Ar explica și de ce rarele exoplanete din interiorul deșertului Neptunului sunt neobișnuit de dense, probabil din cauza masei pierdute în timpul migrației. Echipa sugerează că Jupiterii fierbinți de pe aceste orbite mai apropiate ar fi putut fi trași mai departe spre interior, ulterior, de mareele ridicate pe steaua lor.
„Dacă predicțiile noastre se confirmă după ce se adună mai multe observații, vom ști dacă ideile noastre rezistă sau nu”, concluzionează Zanazzi.
