Para astronom telah mengidentifikasi dua kasus berbeda dari planet “mini-Neptunus” yang kehilangan atmosfer bengkaknya dan kemungkinan berubah menjadi Bumi super. Radiasi dari bintang-bintang planet melucuti atmosfernya, mendorong gas panas keluar seperti uap dari panci berisi air mendidih.

Temuan, diterbitkan dalam dua makalah terpisah di Jurnal Astronomibantu melukiskan gambaran tentang bagaimana dunia eksotis seperti ini terbentuk dan berevolusi.

Mini-Neptunus adalah kelas exoplanet, yaitu planet yang orbit bintang di luar tata surya kita. Dunia ini, yang lebih kecil, versi lebih padat dari planet Neptunus, terdiri dari inti berbatu besar yang dikelilingi oleh selimut gas tebal. Dalam studi baru, tim astronom yang dipimpin oleh Caltech menggunakan WM Keck Observatory di atas Maunakea di Hawaiʻi untuk mempelajari salah satu dari dua planet mini-Neptunus di sistem bintang TOI 560, yang terletak 103 tahun cahaya; dan mereka menggunakan Teleskop Luar Angkasa Hubble NASA untuk melihat dua mini-Neptunus yang mengorbit HD 63433, terletak 73 tahun cahaya.

Hasil mereka menunjukkan bahwa gas atmosfer melarikan diri dari mini-Neptunus terdalam di TOI 560, yang disebut TOI 560.01, dan dari mini-Neptunus terluar di HD 63433, yang disebut HD 63433 c. Ini menunjukkan bahwa mereka bisa berubah menjadi Bumi super.

“Kebanyakan astronom menduga bahwa Neptunus mini kecil yang masih muda pasti memiliki atmosfer yang menguap,” kata Michael Zhang, penulis utama studi dan mahasiswa pascasarjana di Caltech. “Tapi tidak ada yang pernah menangkapnya dalam proses melakukannya sampai sekarang.”

Studi ini juga menemukan, secara mengejutkan, bahwa gas di sekitar TOI 560.01 sebagian besar keluar menuju bintang.

“Ini tidak terduga, karena sebagian besar model memprediksi bahwa gas akan mengalir menjauh dari bintang,” kata Profesor Ilmu Planet Heather Knutson, penasihat Zhang dan rekan penulis studi tersebut. “Kami masih harus banyak belajar tentang bagaimana arus keluar ini bekerja dalam praktik.”

Celah planet dijelaskan

Sejak pertama planet ekstrasurya mengorbit bintang mirip matahari ditemukan pada pertengahan 1990-an, ribuan lainnya telah ditemukan. Banyak dari orbit ini dekat dengan bintang mereka, dan yang lebih kecil, yang berbatu umumnya jatuh ke dalam dua kelompok: mini-Neptunus dan super-Bumi. Planet jenis ini tidak ditemukan di tata surya kita. Super-Bumi berukuran 1,6 kali ukuran Bumi (dan kadang-kadang sebesar 1,75 kali ukuran Bumi), sedangkan mini-Neptunus berukuran antara dua dan empat kali ukuran Bumi. Beberapa planet dengan ukuran antara kedua jenis planet ini telah terdeteksi.

Salah satu penjelasan yang mungkin untuk celah ini adalah bahwa mini-Neptunus sedang bertransformasi menjadi Bumi-super. Mini-Neptunus diteorikan menjadi kepompong oleh atmosfer purba yang terbuat dari hidrogen dan helium. Hidrogen dan helium yang tersisa dari pembentukan bintang pusat, yang lahir dari awan gas. Jika Neptunus mini cukup kecil dan cukup dekat dengan bintangnya, sinar-X bintang dan radiasi ultraviolet dapat melucuti atmosfer primordialnya selama periode ratusan juta tahun, para ilmuwan berteori. Ini kemudian akan meninggalkan super-Bumi berbatu dengan radius yang jauh lebih kecil, yang secara teori masih bisa mempertahankan atmosfer tipis yang relatif mirip dengan atmosfer yang mengelilingi planet kita sendiri.

“Sebuah planet di celah itu akan memiliki atmosfer yang cukup untuk memperbesar radiusnya, membuatnya mencegat lebih banyak radiasi bintang dan dengan demikian memungkinkan hilangnya massa dengan cepat,” kata Zhang. “Tapi atmosfernya cukup tipis sehingga bisa hilang dengan cepat. Inilah sebabnya mengapa sebuah planet tidak akan bertahan lama di celah itu.”

Skenario lain bisa menjelaskan kesenjangan, menurut para astronom. Misalnya, planet berbatu yang lebih kecil mungkin tidak pernah mengumpulkan selubung gas sejak awal, dan Neptunus mini bisa menjadi dunia air dan tidak diselimuti gas hidrogen. Penemuan terbaru dari dua mini-Neptunus dengan pelepasan atmosfer ini merupakan bukti langsung pertama yang mendukung teori bahwa memang mini-Neptunus berubah menjadi super-Bumi.

Tanda tangan di bawah sinar matahari

Para astronom dapat mendeteksi atmosfer yang lepas dengan menyaksikan mini-Neptunus melintas di depan, atau transit, bintang induk mereka. Planet-planet tidak dapat dilihat secara langsung, tetapi ketika mereka lewat di depan mereka bintang seperti yang terlihat dari sudut pandang kita di Bumi, teleskop dapat mencari penyerapan cahaya bintang oleh atom-atom di atmosfer planet. Dalam kasus mini Neptunus TOI 560.01, para peneliti menemukan tanda tangan helium. Untuk sistem bintang HD 63433, tim menemukan tanda tangan hidrogen di planet terluar yang mereka pelajari, yang disebut HD 63433 c, tetapi bukan planet dalam, HD 63433 b.

“Planet dalam mungkin sudah kehilangan atmosfernya,” jelas Zhang.

Kecepatan gas memberikan bukti bahwa atmosfer sedang melarikan diri. Helium yang diamati di sekitar TOI 560.01 bergerak secepat 20 kilometer per detik, sedangkan hidrogen sekitar HD 63433 c bergerak secepat 50 kilometer per detik. Gravitasi mini-Neptunus ini tidak cukup kuat untuk menahan gas yang bergerak cepat seperti itu. Luasnya aliran keluar di sekitar planet juga menunjukkan keluarnya atmosfer: Kepompong gas di sekitar TOI 560.01 setidaknya 3,5 kali lebih besar dari jari-jari planet, dan kepompong di sekitar HD 63433 c setidaknya 12 kali jari-jari planet. planet.

Pengamatan juga mengungkapkan bahwa gas yang hilang dari TOI 560.01 mengalir menuju bintang. Pengamatan di masa depan dari mini-Neptunus lainnya harus mengungkapkan apakah TOI 560.01 merupakan anomali atau apakah arus keluar atmosfer yang bergerak ke dalam lebih umum terjadi.

“Sebagai ilmuwan planet ekstrasurya, kami telah belajar untuk mengharapkan hal yang tidak terduga,” kata Knutson. “Dunia eksotis ini terus mengejutkan kita dengan fisika baru yang melampaui apa yang kita amati di tata surya kita.”