Plinoviti divovi koji svoju zvijezdu obiđu za samo nekoliko dana mogli su do tih bliskih orbita stići uz udarne valove u vlastitoj atmosferi. Novi računalni model pokazuje kako ti valovi troše energiju orbitalnog gibanja, postupno mijenjaju putanju planeta, a u najžešćim susretima mogu odnijeti velik dio njegova plinskog omotača.
Time se povezuju dvije zagonetke među egzoplanetima: zašto se mnogi vrući Jupiteri grupiraju na orbitama slična trajanja i zašto je planeta mase između Neptuna i Saturna vrlo malo na još kraćim orbitama. Isti proces u modelu može neke divove dovesti blizu zvijezde bez velikog gubitka plina, dok drugima ostavlja znatno manji omotač oko guste jezgre.
J. J. Zanazzi sa Sveučilišta Penn State i suradnici tu su mogućnost ispitali hidrodinamičkim simulacijama i izračunima dugoročnog razvoja planeta. Rezultate su objavili 15. listopada u časopisu The Astrophysical Journal.
Kako udaljeni div postane bliski susjed zvijezde
Vrući Jupiteri masom nalikuju najvećem planetu Sunčeva sustava, ali njihove su orbite neusporedivo manje. Mnogi obilaze zvijezdu za tri do pet dana. Među manjim plinovitim planetima također postoji skupina s orbitama od približno tri do šest dana, dok su oni s obilaskom kraćim od tri dana mnogo rjeđi. To se slabo naseljeno područje raspodjele masa i orbitalnih perioda naziva Neptunovom pustinjom.
Prema jednom objašnjenju, takvi planeti nastaju dalje od zvijezde, a gravitacijski utjecaj drugih planeta ili zvijezde pratilje mijenja im putanju. Orbita postaje izrazito izdužena: planet većinu vremena provodi daleko, ali pri svakom obilasku nakratko prilazi vrlo blizu svojoj zvijezdi.
Takvi kandidati postoje i među poznatim sustavima. TIC 241249530 b ima izrazito izduženu orbitu, zbog koje ga astronomi smatraju mogućim prethodnikom vrućeg Jupitera. No da bi se izdužena putanja pretvorila u malu, gotovo kružnu orbitu, planet mora izgubiti velik dio orbitalne energije.
Gdje završava energija orbite
Pri bliskom prolasku zvijezda ne privlači sve dijelove planeta jednako snažno. Nastaju plimne sile koje rastežu plinoviti div i pobuđuju titranja velikih razmjera. Plin se pomiče, planet se deformira, a dio energije njegova gibanja oko zvijezde prelazi u ta titranja.
U simulacijama koje je izveo Morgan MacLeod s Harvarda strujanje u rijetkim vanjskim slojevima postaje brže od lokalne brzine zvuka. Tada nastaju udarni valovi: plin se naglo sabija i zagrijava, a energija uređenog titranja pretvara se u toplinu.
Ta je pretvorba važna za daljnje gibanje planeta. Energija preuzeta iz orbite više se ne vraća jednostavno u isti oblik gibanja. Ponavljanjem bliskih prolazaka i prigušivanjem titranja smanjuje se orbitalna energija, pa se orbita postupno smanjuje i postaje manje izdužena.
Autori su hidrodinamičke simulacije povezali s modelom koji prati promjene orbite i građe planeta kroz mnoge takve prolaze. Tako su mogli usporediti koliko energije valovi prenose, gdje se ona oslobađa i koliko plina ostaje vezano uz planet.
Zadržati omotač ili izgubiti plin
Ako se udarni valovi stvaraju u plitkim slojevima, toplina može pobjeći zračenjem. Planet se hladi dovoljno brzo da zadrži većinu omotača, dok njegova orbita nastavlja gubiti energiju. U modelu se tako plinoviti divovi nakupljaju na kratkim orbitama kakve astronomi doista nalaze.
Pri dubljem prodoru udarnih valova toplina ne može dovoljno brzo izići. Zagrijani plin počinje otjecati i može svladati gravitaciju planeta. Ako se orbita pod utjecajem drugih tijela izdužuje dovoljno brzo, planet može prići zvijezdi toliko blizu da pri ponovljenim prolazima gubi velik dio omotača.
Na vrlo kratkoj orbiti tada ostaje manji i gušći planet. To bi moglo objasniti dio rijetkih svjetova unutar Neptunove pustinje. Koliko će plina planet sačuvati ovisi o njegovoj građi i povijesti: primjerice, drugi model povezuje zadržavanje prvotnih atmosfera s rastom stjenovitih planeta u sudarima. Ovdje se ispituje gubitak plina pri plimnim susretima sa zvijezdom.
Model predviđa bljeskove koje treba potražiti
Preostaje važna poteškoća. U izračunima ogoljene jezgre često zadržavaju više plina nego što odgovara gustoći nekih poznatih planeta u Neptunovoj pustinji. Zvjezdano zračenje moglo bi ukloniti dio ostatka, ali prema procjeni autora ni to nije dovoljno za sve slučajeve. Potrebne su detaljnije simulacije hlađenja i istjecanja plina kroz više orbita.
Objašnjenje se može provjeravati i teleskopima. Snažno zagrijavanje pri bliskim prolascima trebalo bi proizvesti kratkotrajne svijetle bljeskove, a preostali planeti često bi imali orbite nagnute u odnosu na ravninu zvjezdanog ekvatora. Potraga za takvim bljeskovima i mjerenje orijentacije orbita omogućili bi usporedbu ovog mehanizma s drugim načinima na koje plinoviti divovi mogu izgubiti omotač.
