Donedavno smo mislili da je naš Sunčev sustav prototip, uz koji bi trebali biti izgrađeni i drugi planetarni sustavi. Mislili smo da postoje dvije klase planeta: čvrsti svjetovi koji se nalaze skupljeni u unutarnjim predjelima i plinski divovi koji su dalje. Počevši od devedesetih, počeli smo otkrivati planete u blizini drugih zvijezda, a zatim smo otkrili da naš Sunčev sustav nije sasvim normalan. U novom radu koji je prihvaćen za objavljivanje ovog tjedna, dvojica astrofizičara sa Sveučilišta Columbia pokušala su otkriti zašto.
Ispostavilo se da imati male, čvrste planete u unutarnjem Sunčevom sustavu i velike plinske divove u vanjskom nije posve normalno. Plinske divove i stjenovite planete možemo pronaći posvuda, a veliki planeti imaju potpuno iste šanse da budu bliže svojoj zvijezdi kao i mali. Planeti koje smo pronašli pokazali su da ništa ne sprječava plinske divove da postanu "vrući Jupiteri", čak štoviše - čine to prilično često. Drugo iznenađenje je još iznenađujuće i vrijedi pionirskog rada NASA-ine svemirske zvjezdarnice Kepler. Iako su čvrsti svjetovi veličine Zemlje - i veći i manji - toliko česti kao i svjetovi veličine Neptuna i Jupitera, postoji treća klasa planeta, najčešća od svih. Između veličina Zemlje i Neptuna postoji opcija koju smo previdjeli: super-zemlja (ili mini-neptun). I kako se ispostavilo, super-zemlja je veća od bilo kojeg drugog planeta.
Prvo pitanje koje se postavilo: zašto je ova klasa nevjerojatnih svjetova tako gusto naseljena? No kako su se naši modeli planetarnih formacija u blizini zvijezda poboljšavali, počeli smo vidjeti da se zajedno s preživjelim planetima pojavila i glatka raspodjela. Svjetovi koji su bili premalo masivni, u pravilu su druga tijela upijala, izbacivala ili bacala na Sunce. Kako se masa planeta povećavala, povećavala se i vjerojatnost njihovog opstanka. Što je svijet masivniji - po mogućnosti tri puta masivniji od Zemlje - veća je vjerojatnost da će ga njegovo gravitacijsko povlačenje obaviti vodikom i helijem. Ti posredni masovni svjetovi trebali bi biti negdje između stjenovitih planeta i plinskih divova. Ali ako tražite sve masovnije svjetove, vidjet ćete da ih je sve manje. Svemir ne stvara prekomjerni broj masivnih svjetova samo zato što ima sirovine. Trebalo bi 317 naših planeta da samo formiraju Jupiter.
Kako se naše razumijevanje planetarnog obrazovanja poboljšavalo, počeli smo postavljati suštinska pitanja. Ako su super-zemlje bili najčešći tip svjetova, što je onda toliko posebno u Sunčevom sustavu da nemamo niti jednu super-zemlju? Opcije su zanimljive, ali razočaravajuće:
- Mlade super-zemlje nastale, ali nisu preživjele, možda su izbačene zajedno s migracijom divovskih planeta.
- Čitav unutarnji Sunčev sustav nastao je prije nego što se Jupiter pomaknuo prema van, a čvrsti svjetovi pokazali su se malim, jer su nastali kasno, kad je sav materijal već potrošen.
- Naši masivni plinski divovi i Sunce zgrabili su prvi materijal koji stvara planete, ne ostavljajući nikakve šanse za super-zemlju.
Međutim, koristeći najnovija dostignuća u vjerojatnosnom predviđanju, znanstvenici Chzhinjin Chen i David Kipping iznijeli su novo, zanimljivo i cjelovito objašnjenje. Možda smo jako pogriješili.
Promotivni video:
U većini slučajeva, kad smo promatrali planete, znali smo ili masu ili radijus, ali ne oba parametra istovremeno. Ali bez poznavanja jednog parametra, nemoguće je shvatiti s kakvim svijetom imamo posla, s krutom poput Zemlje ili s plinovitim poput Neptuna. Zamislite dva potpuno različita svijeta, od kojih je svaki tri puta masivniji od Zemlje: jedan ima čvrstu jezgru od 2,8 Zemljine mase s tankom ljuskom plina oko sebe, a drugi čvrstu jezgru od 1,5 Zemljine mase i isto toliko plina u atmosferi. Prvi planet bit će sličan Zemlji, ali u stvarnosti to je super-Zemlja: veća, masivnija i s tanjom atmosferom. Drugi će planet više nalikovati mini-neptunu: 10 000 kilometara "atmosfere" iznad čvrste površine u svim smjerovima, a pritisak na površinu trenutno će slomiti bilo koji život koji poznajemo.
Otkrića Chena i Kippinga omogućuju nam da točno povučemo granicu između super-Zemlje i mini-Neptuna. Predstavili su shemu ocjenjivanja koja daleko nadmašuje naše prethodne loše procjene. Njihova varijanta:
- Bilo koji svijet težak manje od 2,0 ± 0,6 Zemlje vjerojatno će biti čvrst.
- Bilo koji svijet između 2,0 i 130 Zemljinih masa bit će poput Neptuna.
- Sve što je masivnije od 8% našeg Sunca bit će zvijezda.
- To je sve. Druga klasifikacija, prema astrofizičarima, bila bi potpuna glupost.
Također nam govori da se većina svjetova koje nazivamo "super-zemljama" zapravo nalazi na kraju svjetova sličnih neptunu, što potvrđuje dugotrajnu sumnju. Za planete pronađene tranzitnom metodom, čvrsti svijet mase 2,0 Zemlje u radijusu će biti oko 25% veći od Zemlje; ako više, to će gotovo sigurno biti svijet sličan neptunu s masivnom školjkom vodika i helija.
A znate li zašto u našem Sunčevom sustavu nema super-zemalja? Jer s masama od 50%, odnosno 40% ovog tranzitnog praga, Zemlja i Venera su upravo super-Zemlje koje tražimo: čvrste planete s velikom masom. Sljedeća "klasa" planeta bit će svjetovi slični neptunu, a mi ih imamo tri.
"Veliki broj otkrivenih planeta mase 2-10 Zemlje često se navodi kao dokaz da su super-zemlje vrlo česte i da se naš Sunčev sustav pokazao neobičnim", pišu autori. “Međutim, ako se granica između zemaljskog i neptunskog svijeta pomakne na 2 kopnene mase, Sunčev sustav više neće biti neobičan. Prema našoj definiciji, samo su tri od osam planeta u Sunčevom sustavu neptunski svjetovi, koji su najčešći tip planeta oko ostalih zvijezda solarnog tipa."
Drugim riječima, istina je da u našem Sunčevom sustavu nema planeta između dvije i deset Zemljinih masa, a to je samo po sebi rijetko. Ali ovo nije najbolji način za klasifikaciju planeta; oni su samo dio raspona neptunijskih svjetova, a mi ih imamo tri. Ispada da smo potpuno pogriješili u vezi s problemom nestalih super-zemalja. Ako to pravilno razmotrimo, bit će dva zanimljiva zaključka: ono što smo nazvali super-zemljom uopće ne liči na Zemlju i nema problema, jer u našem Sunčevom sustavu ništa nije nestalo.
ILYA KHEL
