Kahe noore planeedikeha kokkupõrge näib olevat kindel viis atmosfäärist ilma jääda: vabaneb tohutu energia, kivimid sulavad ja osa gaasist võib paiskuda kosmosesse. Uus mudelarvutus osutab aga ootamatule võimalusele. Kokkupõrke üle elanud planeet võib oma allesjäänud gaasikestast hoopis tugevamini kinni hoida, sest lisandunud massi mõju kaalub üles kuumenemise tagajärjed.
Tulemus võib aidata lahendada küsimust, mis on tekkinud teiste tähtede ümbert avastatud maailmu võrreldes: miks on palju Maast veidi suuremaid kiviseid planeete ja suurema gaasikestaga planeete, kuid nende vahepealse suurusega maailmu märksa vähem?
Shanghai Jiao Tongi ülikooli teadlane Darius Modirrousta-Galian ja Yale’i ülikooli teadlane Jun Korenaga pakuvad uues uurimuses, et osa vastusest võib peituda muistsetes hiigelkokkupõrgetes. Nende arvutuste järgi võivad just need sündmused aidata mõnel planeedil säilitada gaasikesta, mille teine, väiksemaks jäänud planeet aja jooksul kaotab. Käsikirja järgi on töö vastu võetud ajakirjas Nature Astronomy.
Planeedi nähtav suurus ei sõltu ainult sellest, kui palju on temas kivimit ja metalli. Ka vesinikurikas gaasikest võib planeedi mõõtmeid märgatavalt kasvatada. Kui see kest kaob, jääb järele palju kompaktsem maailm. Nii võib atmosfääri saatus aidata selgitada erinevust kiviste super-Maade ja ulatuslikuma gaasikestaga mini-Neptuunide vahel.
Uurimuses pole juttu tänapäeva Maa hingatavast õhust. Kõne all on vesinikurikas ürgatmosfäär, mille planeet kogub oma kujunemise ajal noort tähte ümbritsevast gaasi- ja tolmukettast. Autorid vaatlevad aega, mil see ketas on juba hajunud. Siis ei saa planeet kaotatud vesinikku enam samast gaasivarust asemele hankida.
Kokkupõrge käivitab kaks vastassuunalist protsessi. Planeet kuumeneb, mis võib hõlbustada gaasi põgenemist. Samal ajal lisandub sellele massi, mis tugevdab gravitatsioonilist haaret ja muudab põgenemise raskemaks. Uues mudelis jääb peale teine mõju.
Selle mõistmiseks tuleb vaadata, kuhu kokkupõrkes vabanev energia läheb. Osa kulub kivimite sulatamiseks. Kokkupõrkava keha metalltuum vajub aga sügavale planeedi sisemusse ning annab autorite käsitluses kivisele vahevööle suhteliselt vähe soojust. Kogu liitunud mass aitab gaasi tugevamini kinni hoida, kuid kogu kokkupõrkeenergia ei lähe atmosfääri kadu võimendama.
Ka sulakivimitest hõõguv pind ei tähenda automaatselt, et atmosfäär sama hoogsalt kosmosesse voolab. Mudelis sõltub gaasi äravool eeskätt atmosfääri kõrgemate kihtide seisundist, mida mõjutab suuresti tähekiirgus. Sügavamal valitseva kuumuse mõju ei ulatu sinna sama jõuliselt, nagu võiks tulikuuma planeeti ette kujutades arvata.
Teadlased arvutasid läbi saja miljoni mudelplaneedi arengu. Need polnud teleskoopidega vaadeldud maailmad, vaid arvutuslikud planeedid. Tähelepanu keskmes oli suurim kokkupõrge pärast gaasiketta hajumist. Arvutustes võrreldi atmosfääri kadumise, sulakivimitest ookeani jahtumise ja planeedi vananemise ajaskaalasid.
Saadud suurusjaotuses kujunes kaks koondumiskohta: umbes 1,3 ja 2,4 Maa raadiuse juures. Need vastavad vaadeldud planeetide jaotuse maksimumidele. Väiksemad mudelplaneedid kaotasid vesinikukesta kergemini, kokkupõrgetes massi juurde saanud suuremad planeedid säilitasid selle sagedamini. Mustri taastootmine ei tõesta siiski, et kokkupõrked on selle ainus põhjus.
Tulemust ei saa tõlgendada reeglina, et suur kokkupõrge päästab alati atmosfääri. Löök võib osa gaasi kohe minema paisata. Mudel eeldab, et kokkupõrkav keha liitub planeediga täielikult. Tegelikud kohtumised võivad olla riivavad ning osa ainest võib eemale lennata. Samuti käsitletakse jahtumist ja gaasi kadu lihtsustatud etappidena, mitte iga planeedi katkematu arenguloona.
Arvutustest tuleneb kontrollitav ennustus: mini-Neptuunide ulatusliku gaasikesta all peaks peituma keskmiselt massiivsem kivine siseosa kui super-Maadel. Seda saavad proovile panna planeetide massi ja atmosfääri koostise täpsemad mõõtmised. Paks gaasikest ei pruugi olla märk rahulikult kulgenud noorusest: mõnel juhul võis just hiiglaslik kokkupõrge aidata sellel alles jääda.
Artikkel valmis Yawni AI-agendi toimetamisel.