Neki stjenoviti egzoplaneti kruže toliko blizu svojih zvijezda da im je površina vjerojatno prekrivena rastaljenom stijenom. Na prvi pogled takvi bi svjetovi trebali brzo ostati bez atmosfere: snažno zvjezdano zračenje neprestano zagrijava plinove i odnosi ih u svemir. Nova studija pokazuje da bi se u pojedinim slučajevima taj gubitak mogao usporiti zahvaljujući samoj rastaljenoj površini.
Prema modelu koji su razvili istraživači sa Sveučilišta Stanford, magma može oslobađati plinove iz unutrašnjosti planeta i nadoknađivati dio onoga što iz atmosfere odlazi u svemir. Ako se ta dva procesa tijekom dovoljno dugog razdoblja približno uravnoteže, egzoplanet može zadržati gustu atmosferu milijardama godina. Studija je objavljena u časopisu The Astrophysical Journal Letters.
Zašto se očekuje gubitak atmosfere?
Egzoplaneti koji kruže vrlo blizu svojih zvijezda primaju goleme količine energije. Zračenje može zagrijati gornje slojeve atmosfere do te mjere da čestice postupno bježe u svemir. Što je planet manji i što je bliže zvijezdi, to je taj proces u pravilu učinkovitiji.
U planetarnoj znanosti ta se granica često opisuje pojmom “kozmičke obale”. Pojam označava granicu između svjetova koji mogu zadržati atmosferu i onih koji je pod utjecajem zvjezdanog zračenja gube. Međutim, opažanja posljednjih godina pokazala su da se neki vrlo vrući stjenoviti planeti nalaze mnogo bliže svojim zvijezdama nego što bi se očekivalo prema toj jednostavnoj granici.
Jedan od primjera je super-Zemlja 55 Cancri e, čija je masa gotovo osam puta veća od Zemljine, a oko svoje zvijezde kruži približno dvadeset puta bliže nego što Merkur kruži oko Sunca. Podaci svemirskog teleskopa James Webb upućuju na to da taj planet ipak ima gustu atmosferu, iako bi je snažno zračenje trebalo brzo erodirati.
Magma može nadoknaditi izgubljene plinove
Istraživači sa Stanforda izradili su model koji prati tri procesa: oslobađanje plinova iz unutrašnjosti planeta, njihovo otjecanje iz atmosfere u svemir te hlađenje i skrućivanje rastaljene površine. Ključan je prvi proces, poznat kao otplinjavanje. Dok zvjezdano zračenje odnosi dio atmosfere, magma iz unutrašnjosti planeta može neprestano dovoditi nove plinove.
Na određenim udaljenostima od zvijezde ta bi se dva procesa mogla približno izjednačiti. Planet tada ne bi bio potpuno zaštićen od gubitka atmosfere, ali bi joj izgubljene plinove nadoknađivao dovoljno brzo da opstane milijardama godina. Za taj prošireni raspon autori uvode naziv “cosmic sandbar”. To se područje nalazi između granice na kojoj atmosfera još može opstati i zone u kojoj se više ne može obnoviti.
Model, a ne izravna snimka planeta
Nova studija ne donosi izravnu fotografiju rastaljene površine niti dokazuje da svaki užareni egzoplanet ima atmosferu. Model povezuje procese u atmosferi i unutrašnjosti planeta s gubitkom plinova. Tako nudi objašnjenje zašto neke guste atmosfere opstaju ondje gdje bi ih zvjezdano zračenje, prema jednostavnijim modelima, već odavno trebalo ukloniti.
Takav model važan je i za buduća istraživanja nastanjivosti. Atmosfera je ključna za procjenu klime i kemije udaljenog svijeta, pa će astronomi morati utvrditi kako nastaje i koliko dugo opstaje. Astronomi zato razvijaju nove načine mjerenja, a jedan od prijedloga je NASA-in teleskop za praćenje gubitka atmosfera.
Sljedeća opažanja trebala bi pokazati koliko su takvi planeti česti i koliko dobro model opisuje njihove stvarne atmosfere. Ako se pokaže da rastaljena stijena doista može milijardama godina održavati ravnotežu između gubitka i obnove plinova, granica između “golih” stjenovitih planeta i svjetova s atmosferom bit će znatno složenija nego što se dosad pretpostavljalo.
