Was ist die derzeit akzeptierte Theorie für das Schicksal der heißen Jupiter?

Es ist allgemein bekannt, dass ein Hauptmerkmal vieler heißer Jupiter die unmittelbare Nähe zu ihrem Mutterstern ist, die normalerweise der Umlaufbahn von Merkur entspricht. Diese Planeten sind also Gasriesen und sehr heiß (daher ihre Kategorie).

Einige Entdeckungen haben jedoch zu der Frage geführt, was das Schicksal dieser Planeten ist.

Beispiel 1: HD 209458b aka "Osiris"

Laut der NASA-Seite "Dying Planet Leaks Carbon-Oxygen" ( Sterbender Planet verliert Kohlenstoff-Sauerstoff) geht es bei Osiris nicht nur um "Verdampfung", sondern um den Verlust von Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff in einer Hülle hinter dem Planeten, die von der Erde entdeckt wurde. Die Bedeutung von Kohlenstoff und Sauerstoff geht aus dem Artikel hervor:

Obwohl Kohlenstoff und Sauerstoff auf Jupiter und Saturn beobachtet wurden, liegen sie tief in der Atmosphäre immer in kombinierter Form als Methan und Wasser vor. In HD 209458b werden die Chemikalien in die Grundelemente zerlegt. Aber auf Jupiter oder Saturn blieben sie selbst als Elemente in der Atmosphäre unsichtbar. Die Tatsache, dass sie in der oberen Atmosphäre von HD 209458b sichtbar sind, bestätigt, dass ein atmosphärisches Abblasen stattfindet.

Es ist in dem Artikel erklärt , dass Osiris wahrscheinlich eine hypothetisch Klasse von Exoplaneten als bekannt geworden ist Chthonian , die definiert ist „Verdampfungsgeschwindigkeit von heißen Jupiters und die Bildung von Chthonian Planeten“ (Hebard et al. 2003) als

neue Klasse von Planeten aus dem restlichen zentralen Kern ehemaliger heißer Jupiter

Diese wären ähnlich groß wie die Erde, aber wesentlich dichter.

Beispiel 2: CoRoT-7b

Laut dem NASA-Artikel "Most Earthlike Exoplanet Started as Gas Giant" ist CoRoT-7b ein erdgroßer Planet, auf dem sich normalerweise ein heißer Jupiter befindet

Der Stern ist fast 60-mal näher an seinem Stern als die Erde, daher erscheint er fast 360-mal größer als die Sonne an unserem Himmel. "Infolgedessen ist die Oberfläche des Planeten extremer Erwärmung ausgesetzt, die bei Tageslicht 3.600 Grad Fahrenheit erreichen kann Seite: Die Größe von CoRoT-7b (70 Prozent größer als die Erde) und die Masse (4,8-fache der Erde) weisen darauf hin, dass die Welt wahrscheinlich aus felsigen Materialien besteht.

Die hohe Tagestemperatur bedeutet, dass die sternwärts gerichtete Seite des Planeten wahrscheinlich geschmolzen ist, und auch jede dünne Atmosphäre wird weggestrahlt. Wissenschaftler schätzen, dass viele Erdmassen abgekocht wurden. Es scheint auch, dass die abnehmende Masse dazu führt, dass der Planet näher an den Stern herangezogen wird, wodurch mehr Material abgekocht wird und somit die Masse abnimmt.

Um einen der Wissenschaftler im Artikel zusammenzufassen:

Man könnte sagen, dass dieser Planet auf die eine oder andere Weise vor unseren Augen verschwindet. "

Die Frage

Da dies nur zwei Beispiele für einen möglichen Prozess sind, stellt sich die Frage, wie die derzeit akzeptierte Theorie zum Schicksal heißer Jupiter-Exoplaneten lautet.

Könnte dies auch der Grund sein, warum es in unserem Sonnensystem keinen heißen Jupiter gibt?

Dies ist eine ziemlich belastete Frage, da sie stark davon abhängt, was ein "heißer Jupiter" eigentlich ist. Was ist heiß"? Was ist ein "Jupiter"? In Wirklichkeit gibt es ein Kontinuum von Planetenmassen und Entfernungen zu ihrem Mutterstern, und in der Literatur finden sich häufig Hinweise auf "heiße Neptune", "heiße Saturne" usw.

Die vorherrschende Theorie, wie sich Riesenplaneten bilden, besagt, dass sie sich zuerst aus Fels und Eis jenseits der Eislinie zusammenballen , der Entfernung vom Mutterstern, bei der Wasser fest wird. Diese Entfernung ist ungefähr der Ort, an dem der Mars heute in unserem Sonnensystem liegt. Was an "Heißgasplaneten" überraschend ist, ist, dass sie in dieser Eislinie gefunden werden, deutlich innerhalb. Dies impliziert, dass sie, nachdem sie ihre Kerne gebildet hatten, über einen derzeit unbestimmten Prozess (für den es mehrere gute Kandidaten gibt) näher zu ihren Wirtssternen gewandert sind. Nehmen wir jedoch an, dass die Existenz heißer Planeten zeigt, dass mindestens einer dieser Prozesse funktioniert ziemlich regelmäßig).

Und was ist mit dem Wort "heiß"? Nun, für die Planeten, die ihren Elternsternen am nächsten sind, ist eine Radiusanomalie bekannt : Die Radien dieser Planeten sind signifikant größer als Modelle der gigantischen Planetenstruktur, die von ihren Wirtssternen bestrahlt werden. Ich würde also "heiße" Planeten als Gasriesen definieren, deren Radien größer sind als von den Standardmodellen vorhergesagt.

Nachdem wir einige der Definitionen aus dem Weg geräumt haben, stellt sich die Frage nach dem Überleben. Wenn sich Riesenplaneten in der Nähe ihrer Elternsterne befinden, werden sie in Ordnung gebracht . Infolgedessen wird auf der Oberfläche des Riesenplaneten nur sehr wenig Energie flüchtig verteilt, die Form des Planeten ist festgelegt und es gibt nur geringe innere Bewegungen. Der Riesenplanet erhöht jedoch auch die Flut seines Wirtssterns, und da es eines großen Drehimpulses bedarf, um die Drehung eines Objekts mit der 1000-fachen Masse zu ändern, werden die Wirtssterne so gut wie nie in Flut geraten ihr nächster Planet.

Die Geschwindigkeit, mit der Energie innerhalb des Sterns dissipiert wird, ist sehr ungewiss, und diese Unsicherheit wird typischerweise in einen Fudge-Parameter "Q", den Qualitätsfaktor, überstrichen, wobei niedrigere Qualitätsfaktoren mehr Dissipation widerspiegeln. "Q" wird für bestimmte Körper in unserem eigenen Sonnensystem (dh Erde und Jupiter) und in einigen Sternbinärsystemen gemessen, ist jedoch von Körper zu Körper sehr unterschiedlich und reicht von etwa 10 für die Erde bis 10 ^ 8 für einige Sterne.

Ob ein Planet überlebt, um heute beobachtet zu werden, hängt davon ab, wie lange die Zerfallszeit der Umlaufbahn, die von Q bestimmt wird, mit dem Alter des Systems verglichen wird. Für einige Systeme, wie WASP-12b und WASP-19b , die stark aufgeblasene heiße Jupiter aufweisen, wird Q als klein genug eingeschätzt, damit sie in überraschend kurzer Zeit (<10 ^ 7 Jahre) in ihre Wirtssterne fallen.

Eine andere Möglichkeit ist, dass das Gas, das den Stein / Eis-Kern umgibt, durch die enorme Wärmemenge, die sich auf dem Planeten ablagert, weggestrahlt wird. Sie haben also einen Planeten mit relativ geringer Dichte, der etwas eisenfrei ist, da sich die Kerne der Riesenplaneten weiter von ihren Wirtssternen entfernt befinden als die felsigen Planeten. Es gibt einige mögliche Neptun-Massen-Objekte aus nächster Nähe, die möglicherweise entstanden sind, weil sie auf diese Weise einen Großteil ihrer Atmosphäre verloren haben (Beispiel: GJ3470b ).

Was unser eigenes Sonnensystem angeht, so hätte die Bildung eines heißen Jupiters wahrscheinlich das innere Sonnensystem zerstört, als es sich der Sonne näherte, da es die Umlaufbahnen der inneren Planeten gewaltsam stören würde. Darüber hinaus würde die Sonne wahrscheinlich durch die Anreicherung von metallreichem Material von diesem riesigen Planeten an Metallen angereichert. Während es möglicherweise möglich ist, dass es einen heißen Jupiter in unserem Sonnensystem gab, bevor sich die anderen Planeten gebildet haben, scheint dies derzeit unwahrscheinlich.