Запропонована місія EVE NASA має на меті вирішити загадку радіусної долини

Дебати серед планетарних вчених тривають вже понад десятиліття - чому так мало екзопланет з радіусом приблизно в 1,8 рази більшим за радіус Землі? Екзопланети наразі в основному групуються на дві чіткі категорії - "супер Землі" мають менший розмір і кам'янисті ядра, тоді як "під-Нептуни" перевищують цей розмір і виглядають "пухкішими". Але ми насправді не розуміємо, що в еволюційній траєкторії планет змушує цю біваркацію. Нова пропозиція місії, названа Early eVolution Explorer (EVE), хоче це з'ясувати, а проект її концепції можна знайти у попередньому вигляді на arXiv.

Наразі дебати про те, де існує ця "радіусна долина" в популяції екзопланет, зосереджені на двох гіпотезах. Перша - це гіпотеза "зменшення газового карлика". У цьому сценарії всі протопланети починають як кам'янисті ядра і протягом мільйонів років захоплюють масивні, пухкі хмари легкого водню та гелію. Але якщо планета занадто близько до своєї зірки-господаря, інтенсивна радіація та тепло від цих відносно молодих зірок випаровують атмосферу, залишаючи лише кам'яне ядро, перетворюючись на супер Землю. Під-Нептуни, з іншого боку, це планети, які знаходяться достатньо далеко від своєї молодої, активної зірки, щоб не бути позбавленими своїх газових оболонок.

Альтернативну гіпотезу можна розглядати як демонстрацію щільних водяних світів. У цьому сценарії два типи планет є принципово різними навіть при народженні. Супер Землі формуються з сухих каменів, близько до зірки-господаря і всередині "снігової лінії", де вода може замерзати. Під-Нептуни, згідно з цією теорією, насправді є водяними світами, які формуються за межами снігової лінії, в результаті чого їхня масова композиція становить приблизно 50% каменю та 50% води. "Долина" в цій теорії - це просто різниця в розмірі між максимальним фізичним розміром сухого каменю та мінімальним фізичним розміром гібриду, що складається з половини води та половини каменю.

Фрейзер обговорює розрив у популяціях екзопланет, який є рушійною силою місії EVE.

Щоб визначити, яка з цих теорій є правильною, дослідники екзопланет вважають, що нам потрібно спостерігати за планетами на ранніх етапах їх формування, щоб побачити, чи дійсно існує "розкол", як детально описано в гіпотезі водяного світу, або чи однакові ранні роки планети незалежно від її подальшої долі, як у гіпотезі зменшення газового карлика. Проблема полягає в пошуку "молодих" екзопланет. З приблизно 6000 знайдених до цього часу лише близько 20 є молодшими за 50 мільйонів років.

EVE хоче різко збільшити цю кількість. Її намір полягає в моніторингу 30 різних полів молодих зіркових скупчень протягом 30 днів кожне, захоплюючи світло приблизно від 20,000 новоутворених зірок протягом свого 2,5-річного терміну служби. Це здається досить простим, але диявол криється в деталях - або в даному випадку в сенсорах.

Знайти планети навколо молодих зірок надзвичайно важко, оскільки ці молоді зірки дуже активні. Вони часто спалахують, що призводить до спектральних сигналів, які виглядають як планети, але не є такими. Щоб боротися з цими хибними позитивами, EVE буде оснащено трьома окремими сенсорами. Один - в ближньому ультрафіолетовому (NUV), один - оптичний, і один - в ближньому інфрачервоному (NIR). Сонячні спалахи яскраво проявляються в ультрафіолетовому діапазоні, тому дані з NUV інструменту EVE можуть бути використані для віднімання значення спалахів з даних, дозволяючи будь-яким планетам, що можуть бути в околицях, проявитися.

Фрейзер обговорює майбутнє досліджень екзопланет.

Кінцеві результати, які команда проекту очікує від EVE, варіюються в залежності від того, яка гіпотеза є правильною. Якщо всесвіт регулярно створює пухкі газові карлики, як у першій гіпотезі, EVE може знайти до 100 малих, молодих планет (зокрема під-Нептунів). Місія зосереджується на малих планетах і явно виключає справжні гарячі Юпітери або теплі Юпітери. Але якщо під-Нептуни насправді є щільними водяними світами, команда очікує, що EVE знайде лише близько 5 нових планет, оскільки решта будуть занадто малими, щоб їх помітити на фоні своїх зірок-господарів, навіть з можливостями EVE з усунення шуму.

Щоб було зрозуміло, проект ще не фінансується, але позиціонується як місія NASA Small Explorers (SMEX), яка останнім часом отримала підвищену увагу та фінансування. Якщо вона врешті-решт буде прийнята одним з великих космічних агентств, ми можемо незабаром отримати шаблон для відстеження планет через ще одну стадію їх еволюційного процесу - і відповісти на деякі давні питання про те, як саме вони це роблять.