Przez wieki nikt nie wiedział, czy jesteśmy sami we wszechświecie i czy istnieją inne planety podobne do naszej. Ale dzięki nowym teleskopom i technikom, które pojawiły się w ostatnich dziesięcioleciach, wiemy teraz, że istnieją tysiące planet krążących wokół odległych gwiazd i mają one różne kształty i rozmiary – duże i małe, skaliste i gazowe, mętne lub lodowe. Badanie przeprowadzone przez naukowców z uniwersytetów w Chicago, Michigan i Maryland umieszcza na liście kolejną planetę, tj. planety z atmosferą helu. Co więcej, odkrycie może stanowić nowy krok w naszym rozumieniu ewolucji planet. Przeprowadzone przez nich symulacje wykazały, że jest prawdopodobne, że hel będzie gromadził się z czasem w atmosferach niektórych typów egzoplanet. Jeśli to się potwierdzi, wyjaśni to odwieczną tajemnicę wielkości tych egzoplanet.

 

„Istnieje tak wiele dziwnych i cudownych rodzajów egzoplanet, a to odkrycie nie tylko dodaje nowy gatunek, ale może mieć również implikacje dla zrozumienia ewolucji i ogólnie procesu powstawania planet” – powiedział astrofizyk z University of Chicago, Leslie Rogers, współautor badania i autor nowego artykułu opublikowanego w czasopiśmie Nature Astronomy.

 

Znalezienie odległych planet zajęło nam tak dużo czasu, ponieważ nawet największe z nich znacznie przyćmiewają gwiazdy, wokół których krążą. Dlatego naukowcy wymyślili oryginalny sposób ich wykrywania. Szukają luki w świetle gwiazdy, gdy planeta przechodzi przed nią. To mówi, jak duża jest planeta.

 

Teraz wiemy, że planety są niezwykle powszechne. W rzeczywistości, z tego, co możemy stwierdzić w tym momencie, co najmniej połowa wszystkich gwiazd, takich jak nasze Słońce, ma co najmniej jedną planetę między rozmiarami Ziemi i Neptuna, która krąży bardzo blisko gwiazdy. Przypuszcza się, że planety te mają atmosfery z dużą ilością wodoru i helu, zebranych, gdy planety po raz pierwszy powstały z gazu i pyłu wokół gwiazdy. Ale kiedy naukowcy przyjrzeli się liczbie takich planet, zauważyli coś ciekawego. Planety zostały podzielone na dwie populacje. Jedna grupa była wielkości półtora Ziemi, a druga była dwa razy większa od Ziemi lub więcej, ale nie było prawie żadnych pośrednich.

 

Ta przepaść między dwiema populacjami planet jest znana jako „dolina promienia” i jest przedmiotem gorących dyskusji w tej dziedzinie. Naukowcy są przekonani, że odpowiedź pomoże nam zrozumieć, w jaki sposób te i inne planety tworzą się i ewoluują w czasie. Niektórzy sugerowali wyjaśnienie tej luki, prawdopodobnie związanej z atmosferami planet. Trudno być planetą blisko swojej gwiazdy nieustannie bombardowanej promieniami rentgenowskimi i ultrafioletowymi, które mogą pozbawić je atmosfery.

„Na przykład być może mniejsza grupa planet całkowicie straciła swoją atmosferę i istnieje po prostu jako skaliste jądra” – powiedział pierwszy autor badania, dr Isaac Malsky, student na University of Michigan, który jako pierwszy zaczął studiować ten temat u Rogersa do swojej pracy magisterskiej na University of Chicago.

 

Zespół, w skład którego wchodzili Rogers i Malsky, postanowił przyjrzeć się bliżej temu zjawisku, znanemu jako emisja do atmosfery. Stworzyli modele oparte na danych, które posiadamy o planetach i prawach fizyki, aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób ciepło i promieniowanie wpłynęłoby na atmosfery planet. Następnie stworzyli 70 tys. symulowanych planet, zmieniając rozmiar planet, rodzaj gwiazd, wokół których krążą, i temperaturę atmosfery, i symulowali, co stanie się z nimi w czasie. Zespół odkrył, że po kilku miliardach lat wodór z atmosfer planetarnych prawdopodobnie będzie uciekał szybciej niż hel.

 

„Wodór ma niższą masę atomową, więc łatwiej go rozdzielić” – wyjaśnił Malsky. Z czasem prowadzi to do gromadzenia się helu, a symulacje sugerują, że hel może stanowić 40% lub więcej masy atmosfery.

 

Zespół wymyślił sposób potwierdzania swoich wyników obserwacjami. Niedawno wystrzelony Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba i inne potężne teleskopy mogą dokonywać odczytów pierwiastków atmosferycznych i ich obfitości. Teleskopy mogą sprawdzić niezwykle duże ilości helu w atmosferach niektórych z tych planet. Jeśli teoria jest poprawna, te planety z atmosferą bogatą w hel powinny być szczególnie powszechne na dole grupy o dużym promieniu, ponieważ hel gromadzi się, gdy planeta zaczyna się kurczyć w czasie, gdy jej atmosfera stopniowo się cofa.

 

Dwie różne gromady wielkości planet powstają, ponieważ nawet niewielkie ilości helu i wodoru tworzą bardzo puszystą atmosferę, która może znacznie zwiększyć promień planety, wyjaśnił Malsky. Jeśli w ogóle pozostała im atmosfera, znajdą się w grupie o większym promieniu. Jeśli ich nie ma, będą w grupie o mniejszym promieniu. Żadna z tych planet nie jest uważana za odpowiednią kandydatkę do życia, bo są gorące, bombardowane promieniowaniem, a ich atmosfera prawdopodobnie pod bardzo wysokim ciśnieniem.

 

Jednak naukowcy wyjaśnili, że lepsze zrozumienie procesów, które napędzają formowanie się planet, może pomóc nam lepiej przewidywać, jakie inne planety istnieją i jak wyglądają, a także kierować poszukiwaniami bardziej gościnnych planet.

 

„Lepsze zrozumienie tej populacji może nam wiele powiedzieć o pochodzeniu i ewolucji planet wielkości Neptuna, które są wyraźnie powszechnym wynikiem procesu formowania się planet” – powiedział Rogers.