Astrofizycy odkrywają tajemnicze sekrety obcych światów lawy

Badanie pokazuje, jak oceany magmy mogą wpływać na ewolucję gorących egzoplanet

Światy lawy, masywne egzoplanety będące domem dla połyskującego nieba i szalejących mórz wulkanicznych zwanych oceanami magmy, wyraźnie różnią się od planet w naszym Układzie Słonecznym.

Do chwili obecnej odkryto, że około 50% wszystkich odkrytych do tej pory egzoplanet skalistych jest w stanie utrzymać magmę na swojej powierzchni, prawdopodobnie dlatego, że planety te znajdują się tak blisko swoich gwiazd macierzystych, że okrążają je w czasie krótszym niż 10 dni. Bliskość sprawia, że ​​planeta jest bombardowana ekstremalnymi warunkami pogodowymi i wymusza ekstremalne temperatury powierzchni, czyniąc ją całkowicie niegościnną dla życia, jakie znamy dzisiaj.

Wpływ stopionych oceanów

Teraz w ramach nowego badania naukowcy wykazali, że te rozległe, stopione oceany mają duży wpływ na obserwowane właściwości gorących, skalistych superziemi, takie jak ich rozmiar i ścieżka ewolucji.

Ich badania, opublikowane niedawno w the Dziennik astrofizycznyOdkrył, że ze względu na wysoce ściśliwy charakter lawy, oceany magmy mogą tworzyć planety bogate w lawę, które nie mają atmosfery nieco gęstszej niż planety stałe o podobnej wielkości, a także wpływają na strukturę ich płaszczy, grubej warstwy wewnętrznej otaczającej rdzeń planety. .

Ponieważ jednak obiekty te nie zostały odpowiednio zbadane, opisanie podstawowego działania planet lawowych może być trudne, mówi Kirsten Polley. Jest główną autorką badania i absolwentką astronomii na Uniwersytecie Stanowym Ohio.

Wykrywanie i zrozumienie

„Światy lawy są bardzo dziwne i bardzo interesujące, a ze względu na sposób, w jaki odkrywamy egzoplanety, jesteśmy bardziej skłonni do ich znajdowania” – powiedział Pauley, którego badania koncentrują się na zrozumieniu podstawowych elementów, które czynią egzoplanety wyjątkowymi i jak zmodyfikować te elementy. . W przypadku światów lawowych ich temperatury mogą je całkowicie zmienić.

Jednym z najbardziej znanych z tych tajemniczych płonących światów jest 55 Cancri e, an Egzoplaneta Naukowcy opisują ją znajdującą się około 41 lat świetlnych od nas jako miejsce błyszczącego nieba i szalejących mórz lawy.

Chociaż w naszym Układzie Słonecznym istnieją ciała takie jak JowiszKsiężyc Io, który jest tak aktywny wulkanicznie, że w naszym obszarze Wszechświata nie ma żadnych planet lawowych, które naukowcy mogliby zbadać z bliska. Jednak badanie, w jaki sposób powstawanie oceanów magmowych przyczynia się do ewolucji innych planet, na przykład jak długo pozostają one w stanie stopionym i co powoduje ich ostateczne ochłodzenie, może dostarczyć wskazówek na temat ognistej historii Ziemi, powiedział Pauley.

„Kiedy początkowo tworzą się planety, zwłaszcza skaliste planety ziemskie, w miarę ochładzania przechodzą przez fazę oceanu magmy” – powiedział Polley. „Więc światy lawy mogą dać nam wyobrażenie o tym, co mogło się wydarzyć w ewolucji prawie każdej planety ziemskiej”.

Techniki i wyniki badań

Korzystanie z oprogramowania do modelowania wnętrz egzoplanet xoplex Dane zebrane z poprzednich badań Aby zbudować jednostkę zawierającą informacje na temat kilku typów składu magmy, naukowcy przeprowadzili symulację kilku scenariuszy ewolucyjnych dla planety podobnej do Ziemi, której temperatury powierzchni wahają się od 2600 do 3860 stopni. F – Temperatura topnienia, w której stała atmosfera planety zamienia się w ciecz.

Na podstawie stworzonych przez siebie modeli zespół był w stanie stwierdzić, że płaszcze planet z oceanami magmowymi mogą przybierać jedną z trzech form: jedną, w której cały płaszcz jest całkowicie stopiony, drugą, w której ocean magmowy znajduje się na powierzchni, oraz trzecią kanapkową. model w kształcie składający się z oceanu magmy na powierzchni, warstwy litej skały pośrodku i kolejnej warstwy stopionej magmy znajdującej się najbliżej jądra planety.

Wyniki wskazują, że formy II i III są nieco częstsze niż całkowicie stopione planety. W zależności od składu oceanów magmy, niektóre egzoplanety pozbawione atmosfery lepiej niż inne wychwytują pierwiastki lotne – związki takie jak tlen i węgiel niezbędne do utworzenia wczesnej atmosfery – przez miliardy lat.

Na przykład badanie sugeruje, że planeta zawierająca podstawową magmę, czterokrotnie większa od masy Ziemi, może uwięzić ponad 130 razy więcej wody niż dzisiejsze oceany na Ziemi i około 1000 razy więcej węgla obecnie na powierzchni planety. I skórka.

„Kiedy mówimy o ewolucji planety i potencjale, że może ona zawierać różne pierwiastki potrzebne do podtrzymania życia, zdolność do uwięzienia wielu lotnych pierwiastków w jej atmosferze może mieć większe implikacje dla możliwości zamieszkania” – mówi Polley.

Konsekwencje dla możliwości zamieszkania i przyszłych badań

Planetom lawowym wciąż daleko do tego, aby nadawały się do zamieszkania i życia, ale ważne jest, aby zrozumieć procesy, które pomagają tym światom się tam dostać. Jednak to badanie pokazuje, że pomiar ich gęstości nie jest najlepszym sposobem na opisanie tych światów w porównaniu ze stałymi egzoplanetami, ponieważ ocean magmy nie zwiększa ani nie zmniejsza znacząco gęstości swojej planety, powiedział Pauley.

Zamiast tego ich badania pokazują, że naukowcy powinni skupić się na innych czynnikach ziemskich, takich jak wahania grawitacji powierzchniowej planety, aby przetestować swoje teorie na temat działania światów gorącej lawy, zwłaszcza jeśli przyszli badacze planują wykorzystać swoje dane do pomocy w większych badaniach planet.

„Ta praca, będąca połączeniem nauk o Ziemi i astronomii, zasadniczo otwiera nowe i ekscytujące pytania dotyczące światów lawy” – powiedziała Polley.

Odniesienie: „Gazowe superziemie: wpływ składu magmy na gęstość masową i strukturę światów lawy” autorstwa Kirsten M. Polly i Wendy R. Panero i Cayman T. Unterburna i Josepha J. Schulz, Romy Rodriguez Martinez i Jie Wang, 7 września 2023 r., Dziennik astrofizyczny.
doi: 10.3847/1538-4357/acea85

Badanie zostało wsparte przez Narodową Fundację Nauki. Innymi współautorami są Wendy Panero, Joseph Schulz, Romy Martinez i Jie Wang, wszyscy ze stanu Ohio, a także Caiman Unterborn z Southwest Research Institute.