U astronomiji se često susreće pojam “degeneracija” podataka (degeneracy). Riječ je o situaciji u kojoj se isti skup opažanja može objasniti na više načina, pa različiti modeli mogu jednako dobro odgovarati mjerenjima. U takvim okolnostima ponekad se naglasak stavlja na tumačenja koja zvuče uzbudljivije, dok se jednostavnija objašnjenja potisnu u drugi plan.
Sličan obrazac, prema novom radu, mogao bi stajati iza dijela rasprave o nedavno otkrivenim egzoplanetima iz skupine “sub-Neptuna”. Neke hipoteze opisivale su ih kao hicijanske svjetove, planete s oceanima tekuće vode ili ledom. No rad Robba Caldera sa Sveučilišta u Cambridgeu i njegovih suautora zaključuje da je vjerojatnije kako je velik dio tih planeta u stvarnosti prekriven rastaljenom stijenom, odnosno da su to svjetovi magme.
Kemijski tragovi i dvojbeno tumačenje atmosfere
Velik dio rasprave povezan je s kemijskim obilježjima u atmosferama tih planeta. Kao najpoznatiji primjer često se navodi planet K2-18, koji je zbog svoje atmosferske kemije predlagan kao hicejski svijet. U detaljnijim opažanjima ranija istraživanja pronašla su metan i ugljikov dioksid u atmosferi planeta, ali vrlo malo amonijaka. Prema tom tumačenju, upravo je odsutnost amonijaka smatrana ključnim pokazateljem oceana tekuće vode ispod vodikove atmosfere, jer se amonijak prirodno otapa u vodi.
Međutim, amonijak se učinkovito otapa i u rastaljenoj stijeni. Zbog toga manjak amonijaka može biti jednako dosljedan i scenariju tekuće magme kao i scenariju tekuće vode. Autori novog rada zato su nastojali provjeriti može li se skup opažanja, koji se često koristi kao potpora hicejskim interpretacijama, jednako dobro objasniti drukčijim sastavom planeta, takozvanim “plinovitim patuljcima”. Ključno pitanje bilo je zadržavaju li ti neobični egzoplaneti, za koje u Sunčevu sustavu nema izravnog ekvivalenta, oceane magme tijekom vlastite evolucije i kako to zatim utječe na njihove atmosfere.
Odgovor koji rad nudi je jednoznačan. Gotovo svi do sada otkriveni sub-Neptuni, prema prikazanim modelima, zadržali bi oceane magme kroz velik dio svojega životnog vijeka. Autori navode da se 98 posto takvih planeta jednako dobro, pa i jednostavnije, može objasniti kao svjetovi magme nego kao hicejski svjetovi.
Modeliranje unutrašnjosti planeta
Kako bi kvantitativno odredili uvjete u kojima se globalni ocean magme može dugoročno održati, autori su uveli mjeru koju nazivaju Solidification Shoreline, granicu očvršćivanja plašta. Ta mjera povezuje efektivnu temperaturu zvijezde oko koje planet kruži s instelacijskim tokom, odnosno količinom energije koju atmosfera planeta prima od iste zvijezde. Instelacijski tok izravno određuje toplinsko stanje atmosfere egzoplaneta, dok je efektivna temperatura zvijezde parametar koji je bio dostupan za većinu zvijezda u analiziranom uzorku. Potpuniji fizikalni opis uključivao bi i udio mase omotača, odnosno koliki dio ukupne mase planeta otpada na atmosferu, no takvi podaci nisu bili dostupni za znatan dio planeta obuhvaćenih analizom.
Takozvana granica očvršćivanja plašta služi kao razdjelnica između planeta koji primaju dovoljno energije da dugoročno zadrže globalni ocean magme i onih kod kojih takvi uvjeti ne postoje. Ako se planet prema modelu nalazi iznad te granice, toplinski uvjeti omogućuju održavanje rastaljenog plašta. Ako je ispod granice očvršćivanja plašta, unutrašnjost planeta postupno se hladi, plašt se skrutnjava, a planet s vremenom prestaje biti svijet lave.
Za određivanje položaja pojedinog planeta u odnosu na granicu očvršćivanja plašta autori su primijenili model PROTEUS, koji opisuje toplinsko stanje unutrašnjosti planeta. U analizi su obuhvatili tisuće sub-Neptuna, koji su dosad najčešće otkrivena vrsta egzoplaneta. Rezultati pokazuju da se 98 posto modeliranih planeta nalazi iznad granice očvršćivanja plašta, što upućuje na to da su oni znatno vjerojatnije svjetovi magme nego hicijanski svjetovi.
Autori napominju da bi takav zaključak mogao umanjiti očekivanja dijela astrobiološke zajednice koja je u tim planetima tražila potencijalno nastanjiva okruženja. Istodobno, predloženi pristup pruža vrijedan alat za bolje razumijevanje procesa nastanka i dugoročne evolucije planeta. Razvoj svakog egzoplaneta rezultat je složenog međudjelovanja brojnih fizikalnih čimbenika, pri čemu su sub-Neptuni posebno zahtjevni za tumačenje jer se o njima može zaključivati isključivo na temelju udaljenih opažanja.
Rad zaključuje da bi daljnji tehnološki napredak i prikupljanje preciznijih podataka u budućnosti mogli omogućiti jasnije razrješenje degeneracije tumačenja koja danas prati ove planete. Do tada, prema iznesenim rezultatima, pretpostavke o velikom udjelu vodenih svjetova među sub-Neptunima treba promatrati s oprezom.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
