Két rejtélyes megfigyelésre is magyarázatot adhat egy új modell, ami figyelembe veszi a fiatal bolygókezdemények közti kölcsönhatásokat. Az egyik a körülbelül 1,8 földsugár méretű exobolygók hiánya (radius valley): a NASA Kepler-küldetése kétszer-háromszor kevesebb ekkora exobolygót talált, mint 1,4 földsugár vagy 2,5 földsugár méretűt. A másik rejtély a több száz rendszerben megfigyelt hasonló méretű, szomszédos exobolygók kérdése (peas in a pod): ilyen például a TRAPPIST-1 rendszer vagy a Kepler-223.

Az Astrophysical Journal Letters folyóiratban publikált tanulmány első szerzője, André Izidoro elmondása szerint ők magyarázzák először a hiányzó méretű exobolygókat bolygókeletkezést és dinamikus fejlődést leíró modell segítségével. Emellett azt is sikerült megmutatniuk, hogy a hatalmas ütközésekkel is számoló bolygókeletkezési modell konzisztens az exobolygó-rendszerekben megfigyelt, sok szomszédos, hasonló méretű bolygó kialakulásával.

Izidoro és munkatársai a CLEVER Planets projekt keretein belül szuperszámítógépekkel szimulálták egy bolygórendszer fejlődésének első 50 millió évét. A modellben gázból és porból álló protoplanetáris korongban alakulnak ki a fiatal bolygókezdemények, amik a korong anyagával kölcsönhatva sodródnak egyre közelebb a központi csillagukhoz, illetve fogódnak egymással rezonanciákba. Ezek a rezonancia-láncok pár millió év alatt megtörnek, mikor a protoplanetáris korong eltűnésével fellépő pálya-instabilitások miatt kettő vagy több fiatal bolygó összeütközik.

A NASA Kepler felmérés során megfigyelt rés az exobolygók méreteiben. (Forrás: A. Izidoro / Rice University)

A fiatal bolygómagok a befelé vándorlás miatt feltorlódnak a csillag közelében, ami gyakran vezet a hidrogénben gazdag légkörök elvesztését okozó, nagy ütközésekhez. Ez azt jelentené, hogy a hatalmas ütközések, mint ami elméletileg a mi Holdunkat is létrehozta, valószínűleg általánosak lehetnek a bolygókeletkezés során.

A kutatási eredmények szerint a bolygók kétféle ,,ízben” létezhetnek: száraz, sziklás, Földnél kb. 50%-kal nagyobb szuperföldek és vízjégben gazdag, a mi bolygónknál 2,5-szer nagyobb mini-Neptunuszok. Izidoro szerint az új megfigyelések is alátámasztani látszanak ezeket az eredményeket, amik ellentmondanak a klasszikus nézettel, miszerint mind a szuperföldek, mind a mini-Neptunuszok száraz és sziklás bolygók. Az új kutatásban bemutatott eredmények alapján olyan következtetéseket vázoltak fel, amiket a NASA James Webb űrteleszkópjával lehet majd ellenőrizni. Felvetették például, hogy a Földnél kétszer nagyobb méretű exobolygók egy része megtarthatja primordiális, hidrogénben gazdag atmoszféráját és akár nagy mennyiségű víz lehet rajtuk.

Forrás: Rice University