En studie publicerad i Nature Astronomy och utförd av Guo Jianheng från Yunnan Observatories vid den kinesiska vetenskapsakademin erbjuder ett perspektiv på de våldsamma atmosfäriska flyktprocesserna för lågmassa exoplaneter, särskilt en process som kallas hydrodynamisk flykt.

Den avslöjar olika drivmekanismer som påverkar de hydrodynamiska flykterna och föreslår en ny klassificeringsmetod för att förstå dessa flyktprocesser.

Exoplaneter, som refererar till planeter utanför vårt solsystem, är ett populärt ämne inom astronomisk forskning. Atmosfärerna på dessa planeter kan lämna planeten och komma in i rymden av olika anledningar. En sådan anledning är hydrodynamisk flykt, vilket är processen där den övre atmosfären lämnar planeten som helhet. Denna process är mycket mer intensiv än partikeluppträdandet som observeras i solsystemets planeter.

Hydrodynamisk atmosfärisk flykt kan ha skett i de tidiga stadierna av solsystemets planeter. Om jorden hade förlorat hela sin atmosfär genom hydrodynamisk flykt vid den tiden, hade den kanske blivit lika ödslig som Mars. Nu sker denna intensiva flykt inte längre på planeter som jorden. Rymd- och markteleskop har dock observerat att hydrodynamisk flykt fortfarande sker på vissa exoplaneter som är mycket nära deras värdstjärnor. Denna process förändrar inte bara planetens massa utan påverkar också planetens klimat och beboelighet.

I den här studien fann Guo Jianheng att den hydrodynamiska atmosfäriska flykten från exoplaneter med låg massa kan drivas antingen enbart eller gemensamt av planetens inre energi, det arbete som utförs av stjärnans tidvattenkrafter eller uppvärmning av stjärnans extrema ultravioletta strålning.

Innan den här studien var forskare tvungna att förlita sig på komplexa modeller för att ta reda på vilken fysisk mekanism som drev vätskeflykten på en planet, och slutsatserna var ofta oklara. Denna studie föreslog att bara genom att använda de grundläggande fysiska parametrarna för stjärnan och planeten, såsom massa, radie och omloppsavstånd, kan mekanismerna för hydrodynamisk flykt från planeter med låg massa klassificeras.

På planeter med låg massa och stor radie kan tillräcklig intern energi eller hög temperatur driva ut atmosfärisk flykt. Den här studien visade att genom att använda den klassiska Jeans-parametern, ett förhållande mellan planetens inre energi och potentiell energi, kan avgöra om ovannämnda flykt inträffar.

För planeter där intern energi inte kan driva atmosfärisk flykt, definierade Guo Jianheng en uppgraderad Jeans-parameter genom att introducera tidvattenkrafter från stjärnor. Med den uppgraderade Jeans-parametern kan rollerna för stjärnans tidvattenkrafter och extrema ultravioletta strålning för att driva atmosfärisk flykt lätt och exakt urskiljas.

Dessutom avslöjade denna studie att planeter med hög gravitationspotential och låg stjärnstrålning är mer benägna att uppleva en långsam hydrodynamisk atmosfärisk flykt; annars kommer planeten i första hand att genomgå snabb vätskeflykt.

Resultaten av den här studien klargör hur en planets atmosfär utvecklas över tiden, vilket är viktigt för att utforska utvecklingen och ursprunget till lågmassaplaneter och kan hjälpa till att bättre förstå beboeligheten och evolutionära historien för dessa avlägsna världar.

Mer information: J. H. Guo, Karakterisering av regimerna för hydrodynamisk flykt från exoplaneter med låg massa, Nature Astronomy (2024). DOI:10.1038/s41550-024-02269-w

Journalinformation: Naturastronomi

Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences