Modely exoplanet: jak závisí poloměr na atmosféře, hmotnosti, množství záření a stáří?

www.novedalekohledy.cz

Malé hraní s grafy a modely exoplanet.

Počet objevených exoplanet už sice přesáhl magickou tisícovku, ale jen u malé části z nich  známe poloměr i hmotnost. Tyto planety jsou ovšem pro astronomy nejcennější, protože mohou ukázat, jakým způsobem vznikají planety ve vesmíru.

Autoři nové studie sestavili několik modelů, ve kterých si hráli se závislosti poloměru planety na čtyřech klíčových parametrech:

  • hmotnosti
  • stáří planety
  • množství dopadajícího záření
  • podílu vodíkové / héliové obálky na celkové hmotnosti

Výsledky modelování ukazují grafy níže. Vždy se jedná o závislost poloměru na hmotnosti v násobcích Země. Vpravo je pak vedle grafu barevná legenda. Tak například zelená čára v horním grafu odpovídá planetě, u které zhruba 2-3% hmotnosti tvoří plynná obálka z vodíku a hélia. Naopak červená čára představuje plynný svět tvořený výhradně vodíkem a héliem.

U horního grafu si můžeme všimnout, že minimálně pro planety o poloměru 2 a více Zemí existuje velmi silná závislost (čáry jsou daleko od sebe) poloměru na tom, jakou část hmotnosti tvoří plynná obálka z vodíku a hélia.

Naopak u dalších dvou grafů takto silnou závislost nepozorujeme (čáry jsou blízko od sebe). Vztah mezi poloměrem a hmotností nezávisí na množství záření, které planeta dostává od své hvězdy, a jen velmi málo na jejím stáří.

V případě spodního grafu si však můžeme jednoho výrazného trendu přesto povšimnout. Poloměr planety se s věkem zmenšuje ale pouze v prvních několika desítkách milionů let. Je to logické. Planeta je po svém vzniku velmi horká a jak chladne, tak se také zmenšuje. Z grafu vyplývá, že planety o malé hmotnosti se zmenší v průběhu času mnohem více než jejich hmotnější kolegyně.

graf-modely

Autoři se také snažili ve své studii exaktně definovat rozdíl mezi super-zeměmi a sub-neptuny. Obecně se předpokládá, že zatímco sub-neptuni jsou planety s velmi výraznou plynnou obálkou, super-země jsou podobné spíše naší planetě a nemají nikterak dominantní plynnou obálku z vodíku a hélia. Podle autorů je hranice mezi těmito kategoriemi zhruba 1,75 poloměrů Země. Je zřejmé, že planeta o poloměru více než 2 Zemí bude mít dominantní plynnou obálku, protože během svého vzniku odsála z protoplanetárního disku velké množství materiálu.

Naopak planeta o poloměru menším než 1,5 Země bude mít dominantní plynnou obálku z vodíku a hélia jen velmi těžko…taková planeta ji není schopna dlouhodobě udržet.

Zdroj: Understanding the Mass-Radius Relation for Sub-Neptunes: Radius as a Proxy for Composition (Eric D. Lopez, Jonathan J. Fortney)