Chociaż nasz Układ Słoneczny zawiera tylko „zwykłą Ziemię”, astronomowie przewidują, że inne układy mogą zawierać „super Ziemie”; skaliste planety o masie kilkakrotnie większej niż masa naszej planety. Ponieważ czerwone karły mają mniejszą masę, nie są w stanie utrzymać się na lżejszym gazie, który przechodzi w gazowych gigantów. Pozostałe cięższe pierwiastki mają czas na formowanie bardzo masywnych planet lądowych.
Nowe wyjaśnienie formowania „superziemi” sugeruje, że częściej można je znaleźć na orbitujących gwiazdach czerwonego karła - najobfitszym typie gwiazdy - niż na planetach gigantów gazowych, takich jak Jowisz i Saturn. Teoria autorstwa dr Alana Bossa z Departamentu Magnetyzmu Ziemskiego Carnegie Institution opisuje mechanizm, w którym promieniowanie UV z pobliskiej masywnej gwiazdy odrywa się z gazowej otoczki planety odsłaniając nad-Ziemię. Praca, opublikowana 10 czerwca 2006 r., Astrophysical Journal (Letters), wyjaśnia ostatnie odkrycia planet pozasłonecznych metodą mikrosoczewkowania.
Super-Ziemie mają masy wahające się między masami Ziemi i Neptuna, ale mają nieznany skład. „Spośród 300 gwiazd znajdujących się najbliżej Słońca, co najmniej 230 to czerwone karły, o masach mniejszych niż połowa naszego Słońca”, mówi Boss. „Ponieważ pobliskie gwiazdy są najłatwiejszym miejscem do poszukiwania innych planet podobnych do Ziemi, ważne jest, aby spróbować przewidzieć, jakie typy układów planetarnych mogą mieć, a to oznacza próbę odkrycia, w jaki sposób mogą powstawać ich planety”.
Niedawno przedstawiono dowody na być może planetę o najniższej masie znalezioną do tej pory na orbicie wokół gwiazdy o głównej sekwencji, takiej jak Słońce. Zostało odnalezione przez międzynarodowe konsorcjum astronomów podczas mikrosoczewkowania, podczas którego gwiazda na pierwszym planie wzmacnia światło z dużo bardziej odległej gwiazdy, wyginając światło gwiazdy tła w naszym kierunku, efekt przewidziany przez Einsteina. Ponadto zaobserwowali również wtórne rozjaśnienie, zgodne z obecnością w przybliżeniu 5,5-masowej planety krążącej wokół gwiazdy na pierwszym planie w odległości podobnej do pasa asteroid w naszym Układzie Słonecznym. Chociaż tożsamość gwiazdy na pierwszym planie nie jest znana, najprawdopodobniej jest to gwiazda czerwonego karła (karła M). Następnie przedstawiono dowody na mikrosoczewkowanie planety o masie 13 Ziemi wokół innego czerwonego karła.
Zespoły zajmujące się wykrywaniem mikrosoczewkowania interpretowały swoje odkrycia jako dowód, że nad-Ziemie mogą formować się wokół gwiazd czerwonego karła za pomocą tego samego procesu, który doprowadził do powstania Ziemi i innych planet lądowych w naszym Układzie Słonecznym, a mianowicie zderzeń między stopniowo większymi ciałami stałymi. Proces ten jest jednak tak powolny, że jest mało prawdopodobne, aby prowadził on do formowania się gigantycznych planet gazowych wokół czerwonych karłów, ponieważ gaz dyskowy najprawdopodobniej zniknie, zanim ciała stałe staną się wystarczająco duże, aby przechwycić jakikolwiek gaz. Jednak zespoły mikrosoczewkowe wcześniej znalazły dowody na istnienie dwóch gazowych gigantycznych planet o masach podobnych do Jowisza wokół dwóch innych gwiazd czerwonego karła. Biorąc pod uwagę, że mikrosoczewkowanie wykryło równą liczbę planet gigantycznych i planet o masie ponad Ziemią, jednak te pierwsze są łatwiejsze do wykrycia, argumentowali, że planet gigantycznych musi być znacznie mniej niż super-Ziemie.
Szef zastanawiał się nad tymi odkryciami, siedząc w hotelowym lobby w Houston, gdy przyszło mu do głowy nowe wyjaśnienie czterech planet mikrosoczewkowania. Wcześniej pokazał, że czerwone karłowate gwiazdy prawdopodobnie szybko formują gigantyczne protoplanety gazowe dzięki mechanizmowi niestabilności dysku, w wyniku czego dysk gazowy tworzy ramiona spiralne i grawitacyjne protoplanety, które stałyby się Jowiszami przy braku jakiejkolwiek interferencji. Jednak większość gwiazd powstaje w regionach, w których ostatecznie powstają masywne gwiazdy. Takie gwiazdy emitują ogromne ilości promieniowania ultrafioletowego (UV), które usuwa gaz dyskowy wokół młodych gwiazd, wystawiając ich zewnętrzne protoplanety na promieniowanie UV i usuwając ich otoczki gazowe. W 2002 r. Boss i jego koledzy z Carnegie, George Wetherill i Nader Haghighipour (obecnie na Uniwersytecie Hawajskim), zaproponowali to wyjaśnienie tworzenia Urana i Neptuna, które mają masy podobne do mas nad-Ziem.
„Przyszło mi do głowy, że ponieważ usuwanie promieniowania UV zależy od masy gwiazdy centralnej, super-Ziemie powinny znajdować się na znacznie mniejszych orbitach wokół czerwonego karła niż wokół Słońca” - mówi Boss. „Ten pomysł naturalnie przewiduje, że czerwone karły, które formują się blisko masywnych gwiazd, zakończą się powstawaniem super-Ziemi krążącej w odległości, w której znaleziono super-Ziemię poprzez mikrosoczewkowanie”. Czerwone karły, które formują się pod nieobecność masywnych gwiazd, nie będą podlegały promieniowaniu UV, a zatem będą tworzyć gigantyczne planety gazowe w tych odległościach, zamiast super-Ziem. Takie gwiazdy należą do mniejszości, więc czerwone karły powinny krążyć głównie nad-Ziemiami w odległościach asteroidalnych i poza nimi. Ta prognoza jest zgodna z dotychczasowymi wykryciami mikrosoczewkowania.
Dopiero okaże się, czy teoretyczne prognozy Szefa zostaną zweryfikowane przez trwające poszukiwania mikrosoczewkowania oraz misje wykrywania planet w przestrzeni kosmicznej planowane przez NASA i Europejską Agencję Kosmiczną. Określenie składu superziemi będzie poważnym wyzwaniem, mającym istotne implikacje dla ich zamieszkiwania.
Oryginalne źródło: Carnegie News Release
