Es ist allgemein bekannt, dass ein Hauptmerkmal vieler heißer Jupiter ihre unmittelbare Nähe zu ihrem Mutterstern ist, was normalerweise der Umlaufbahn von Merkur entspricht. Diese Planeten sind also Gasriesen und sehr heiß (daher ihre Kategorie).
Einige Entdeckungen haben jedoch zu der Frage geführt, was das Schicksal dieser Planeten ist.
Beispiel 1: HD 209458b alias "Osiris"
Laut der NASA-Seite „Dying Planet Leaks Carbon-Oxygen“ tut Osiris mehr als nur zu „verdampfen“, es entweicht Kohlenstoff, Sauerstoff neben Wasserstoff in einer Hülle hinter dem Planeten, die von der Erde entdeckt wurde. Die Bedeutung von Kohlenstoff und Sauerstoff geht aus dem Artikel hervor:
Obwohl Kohlenstoff und Sauerstoff auf Jupiter und Saturn beobachtet wurden, liegen sie tief in der Atmosphäre immer in kombinierter Form als Methan und Wasser vor. In HD 209458b werden die Chemikalien in die Grundelemente zerlegt. Aber auf Jupiter oder Saturn würden sie selbst als Elemente tief in der Atmosphäre unsichtbar bleiben. Die Tatsache, dass sie in der oberen Atmosphäre von HD 209458b sichtbar sind, bestätigt, dass ein atmosphärischer „Blow Off“ stattfindet.
In dem Artikel heißt es, dass Osiris wahrscheinlich eine hypothetische Klasse von Exoplaneten werden wird, die als Chthonian bekannt sind, was in „Evaporation rate of hot Jupiters and formation of Chthonian planets“ (Hebard et al. 2003) als definiert wird
neue Klasse von Planeten, die aus dem verbleibenden zentralen Kern ehemaliger heißer Jupiter bestehen
Diese wären ähnlich groß wie die Erde, aber erheblich dichter.
Beispiel 2: CoRoT-7b
Laut dem NASA-Artikel "Most Earthlike Exoplanet Started out as Gas Giant" ist CoRoT-7b ein erdgroßer Planet, auf dem normalerweise ein heißer Jupiter zu finden ist, wie sie ihn beschreiben
ist fast 60-mal näher an seinem Stern als die Erde, sodass der Stern an unserem Himmel fast 360-mal größer erscheint als die Sonne“, sagte Jackson. Als Folge erfährt die Oberfläche des Planeten eine extreme Erwärmung, die bei Tageslicht 3.600 Grad Fahrenheit erreichen kann Die Größe von CoRoT-7b (70 Prozent größer als die Erde) und die Masse (4,8-mal so groß wie die der Erde) deuten darauf hin, dass die Welt wahrscheinlich aus felsigen Materialien besteht.
Die hohe Tagestemperatur bedeutet, dass die dem Stern zugewandte Seite des Planeten wahrscheinlich geschmolzen ist, jede schwache Atmosphäre wird ebenfalls weggesprengt. Wissenschaftler schätzen, dass viele Erdmassen abgekocht worden sein könnten. Es scheint auch, dass die abnehmende Masse dazu führt, dass der Planet näher an den Stern gezogen wird – wodurch mehr Material abgekocht wird, wodurch die Masse abnimmt.
Um einen der Wissenschaftler im Artikel zusammenzufassen:
Man könnte sagen, dass dieser Planet auf die eine oder andere Weise vor unseren Augen verschwindet."
Die Frage
Da dies nur zwei Beispiele für einen möglichen Prozess sind, stellt sich die Frage, was die derzeit akzeptierte Theorie über das Schicksal heißer Jupiter-Exoplaneten ist.
Könnte dies auch der Grund dafür sein, dass es in unserem Sonnensystem keinen heißen Jupiter gibt?
Dies ist eine ziemlich belastete Frage, da sie stark davon abhängt, was ein "heißer Jupiter" tatsächlich ist. Was ist heiß"? Was ist ein „Jupiter“? In Wirklichkeit gibt es ein Kontinuum von Planetenmassen und Entfernungen von ihrem Mutterstern, und in der Literatur werden Sie häufig Hinweise auf „heiße Neptune“, „heiße Saturns“ usw. finden.
Die vorherrschende Theorie darüber, wie Riesenplaneten entstehen, ist, dass sie erst jenseits der Eisgrenze aus Gestein und Eis verschmelzen , der Entfernung vom Mutterstern, in der Wasser fest wird. Diese Entfernung entspricht ungefähr der heutigen Marsposition in unserem Sonnensystem. Das Überraschende an „Heißgasplaneten“ ist, dass sie sich innerhalb dieser Eislinie befinden, deutlich darunter. Dies impliziert, dass sie, nachdem sie ihre Kerne gebildet hatten, über einen derzeit unbestimmten Prozess (für den es mehrere gute Kandidaten gibt, aber fürs Erste nehmen wir an, dass die Existenz heißer Planeten zeigt, dass mindestens einer dieser Prozesse funktioniert) näher an ihre Wirtssterne gewandert sind ziemlich regelmäßig).
Und was ist mit dem Wort „heiß“? Nun, für die Planeten, die ihren Muttersternen am nächsten sind, ist bekannt, dass es eine Radiusanomalie gibt : Die Radien dieser Planeten sind deutlich größer als Modelle der Struktur von Riesenplaneten, die von ihren Wirtssternen bestrahlt werden, vorhersagen würden. Daher würde ich "heiße" Planeten als Gasriesen definieren, deren Radien größer sind als von den Standardmodellen vorhergesagt.
Nachdem wir nun einige der Definitionen aus dem Weg geräumt haben, stellt sich die Frage des Überlebens. Wenn sich Riesenplaneten in der Nähe ihrer Muttersterne befinden, werden sie von den Gezeiten eingeschlossen . Infolgedessen wird auf der Oberfläche des Riesenplaneten nur sehr wenig Energie durch Gezeiten dissipiert, die Form des Planeten ist festgelegt und es gibt nur wenige interne Bewegungen. Der Riesenplanet erzeugt jedoch auch eine Flut auf seinem Wirtsstern, und da es viel Drehimpuls braucht, um den Spin eines Objekts mit 1.000-mal mehr Masse zu ändern, werden die Wirtssterne fast nie von den Gezeiten erfasst ihr nächster Planet.
Die Rate, mit der Energie innerhalb des Sterns dissipiert wird, ist höchst ungewiss, und diese Unsicherheit wird typischerweise in einen Fudge-Parameter „Q“, den Qualitätsfaktor, gefegt, wobei Faktoren mit geringerer Qualität eine stärkere Dissipation widerspiegeln. „Q“ wird für bestimmte Körper in unserem eigenen Sonnensystem (z. B. Erde und Jupiter) und in einigen Sterndoppelsystemen gemessen, ist jedoch von Körper zu Körper sehr unterschiedlich und reicht von etwa 10 für die Erde bis 10 ^ 8 für einige Sterne.
Ob ein Planet noch heute beobachtet werden kann, hängt davon ab, wie lange die Zerfallszeit der Umlaufbahn, die durch Q bestimmt wird, im Vergleich zum Alter des Systems ist. Für einige Systeme wie WASP-12b und WASP-19b , die stark aufgeblähte heiße Jupiter aufweisen, wird Q als klein genug eingeschätzt, um sie in überraschend kurzer Zeit (< 10^7 Jahre) in ihre Wirtssterne fallen zu lassen.
Eine andere Möglichkeit ist, dass das Gas, das den Gesteins-/Eiskern umgibt, durch die enorme Wärmemenge, die auf dem Planeten abgelagert wird, weggesprengt wird. Dadurch bleibt ein Planet mit relativ geringer Dichte, der etwas eisenfrei ist, da sich die Kerne von Riesenplaneten weiter von ihren Wirtssternen entfernt bilden als die Gesteinsplaneten. Es gibt einige Kandidaten für nahe Objekte mit Neptunmasse, die möglicherweise dadurch entstanden sind, dass sie auf diese Weise den Großteil ihrer Atmosphäre verloren haben (Beispiel: GJ3470b ).
Was unser eigenes Sonnensystem betrifft, so hätte die Bildung eines heißen Jupiters wahrscheinlich das innere Sonnensystem zerstört, als es in die Nähe der Sonne wanderte, da es die Umlaufbahnen der inneren Planeten heftig stören würde. Darüber hinaus würde die Sonne wahrscheinlich aufgrund der Akkretion von metallreichem Material von diesem riesigen Planeten in Metallen angereichert werden. Während es möglicherweise möglich ist, dass es in unserem Sonnensystem einen heißen Jupiter gab, bevor sich die anderen Planeten gebildet haben, scheint dies derzeit unwahrscheinlich.
Astrid_Redfern