Wyjaśnienie zagadki: dlaczego planety subneptunowe różnią się gęstością z powodu rezonansu

WarsawWiększość gwiazd w naszej galaktyce ma wokół siebie planety. Najczęściej spotykane z nich to subneptuny, które są większe od Ziemi, ale mniejsze od Neptuna. Naukowcy mają trudności z precyzyjnym określeniem ich gęstości, ponieważ dwie różne metody pomiaru dają odmienne wyniki.

Istnieją dwa rodzaje subneptunów, które różnią się gęstością. Aby określić ich masę, naukowcy stosują różne metody.

Metoda wariacji czasu przejścia (TTV) oraz metoda prędkości radialnej są technikami wykorzystywanymi do wykrywania i badania egzoplanet.

Planety badane za pomocą metody tranzytowych zmian czasowych (TTV) na ogół mają mniejszą gęstość, natomiast te analizowane metodą prędkości radialnej wydają się gęstsze. Różnice te skłoniły naukowców do zastanowienia się, czy wynikają one z metod obserwacyjnych, czy też z rzeczywistych właściwości fizycznych planet.

Naukowcy z NCCR PlanetS, Uniwersytetu Genewskiego i Uniwersytetu w Bernie niedawno zajęli się tym zagadnieniem. Ich badania sugerują, że różnica w gęstości nie wynika z błędu pomiarowego, lecz z przyczyn fizycznych.

Jean-Baptiste Delisle z Uniwersytetu Genewskiego opisał metodę TTV. Ta technika bada zmiany w czasie, gdy planety przemieszczają się przed swoją gwiazdą. Do takich zmian dochodzi, ponieważ planety oddziałują ze sobą grawitacyjnie. Natomiast metoda prędkości radialnych mierzy zmiany prędkości gwiazdy spowodowane przez jej planetę.

Zobacz również:

Dzisiaj · 15:52

Miasta a zdrowie Rafy: wykorzystanie kompensacji wodnej

Adrien Leleu z Uniwersytetu Genewskiego zauważył, że większość układów badanych metodą TTV wykazuje rezonans. Oznacza to, że czas obiegu jednej planety wokół gwiazdy jest prostą wielokrotnością czasu obiegu innej planety. Na przykład, jedna planeta może obiec dwa razy, podczas gdy inna raz. Gdy kilka planet wykazuje taki wzór, tworzą one łańcuch rezonansowy.

Zespół zastanawiał się, czy istnieje związek między gęstością a rezonansją. Aby to sprawdzić, starannie wybrali układy planetarne, dbając o to, by selekcja była sprawiedliwa. Upewnili się, że nie pomijają mniejszych planet tylko dlatego, że trudniej je wykryć w danych prędkości radialnej.

Naukowcy stwierdzili, że układy rezonansowe zawsze charakteryzują się sub-Neptunami o niższej gęstości, niezależnie od sposobu pomiaru masy. To sugeruje bezpośredni związek między rezonansami a gęstością.

Naukowcy proponują kilka powodów dla tego związku. Główna idea dotyczy sposobu, w jaki formują się układy planetarne. Uważają, że większość układów początkowo znajduje się w stanie rezonansowym. Jednak 95% z nich z czasem traci ten stan, co prowadzi do niestabilności. Skutkuje to takimi zjawiskami jak zderzenia, po których planety łączą się, stają się gęstsze i przechodzą na stabilne orbity, które nie są rezonansowe.

Yann Alibert z Uniwersytetu w Bernie wyjaśnił, że modele komputerowe dotyczące formowania planet również popierają tę teorię. Modele jego zespołu pokazują, że planety na określonych orbitach mają mniejszą gęstość. Badanie sugeruje również, że większość układów planetarnych przeszła przez ogromne kolizje, podobne do tej, która doprowadziła do powstania Księżyca, a nawet bardziej intensywne.

Różnica w gęstości planet typu sub-Neptunów wynika z ich stanu rezonansowego. Wiele z tych planet opuszcza stan rezonansu i zwiększa gęstość w wyniku kolizji. Badanie to pozwala nam lepiej zrozumieć, jak zmieniają się układy planetarne na przestrzeni czasu, oraz wspiera aktualne teorie dotyczące formowania się planet.