Lavavärldar kan ha atmosfär fast de har en närliggande bana runt sin sol

 

Bild https://news.stanford.edu  Ett konstnärligt koncept som visar hur en tjock atmosfär ovanför ett enormt magmahav på exoplaneten TOI-561 b skulle kunna se ut. | NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford [STScI]

Baserat på datamodellering av planetatmosfärer och inre miljöer visas att lavavärldar kan upprätthålla tjocka gasformiga inkapslingar under ytan av gas i miljarder år tack vare den smälta sten som skvalpar över ytan. Lavan bromsar utsläppet av gaser från planetens insida till atmosfären och balanserar förlusten av atmosfär på grund av dess sols strålning.

Resultaten utvidgar ramverket för det avstånd av hur nära stenplaneter kan vara stjärnor och  behålla sina atmosfärer. Precis som jordens stränder utgör gränsen mellan land och vatten, representerar den  gränsen mellan att ha en atmosfär och att inte ha någon. Vissa lavavärldar finns mycket närmare sina stjärnor än den  tänkta gränsen och har likväl atmosfär, detta utmanar teorin.

"Dessa lavavärldar visar att något är fel med den teoretiska gränsen. Men nu har vi hittat ett sätt för lavavärldar att bevara sina atmosfärer genom att föreslå en ny teori," beskriver huvudförfattaren Barron Nguyen, doktorand i Laura Schaefers laboratorium vid Stanford Doerr School of Sustainability.

Namnet som föreslagits av Stanfordforskare och deras samarbetspartners för detta nya område är "cosmic-sandbar", analogt med de sandiga ryggar som bildas som sandrev i jordens hav.. Planeter mellan den ovan nämnda gränsen och cosmic-sandbar ligger tillräckligt nära sin stjärna för att  atmosfär ska kunna avlägsnas men svalnar för snabbt efter bildandet för att fylla på atmosfären. Forskarna kallar denna region för "den luftlösa dalen."

"Var gränsen vid linjen går mellan luftlösa världar och de som kan upprätthålla en atmosfär har varit en öppen fråga inom vetenskapen," beskriver Schaefer, studiens Senior author and an assistant professor of Earth and planetary sciences in the Doerr School of Sustainability. "Den nya modellen utökar vår förståelse av denna gräns och de faktorer som påverkar var den ligger för specifika stjärnor och planeter." 

Begreppet cosmic-sandbar har under det senaste decenniet uppstått som en lovande metod för att identifiera potentiellt gästvänliga världar för uppföljande observation. Men forskare har nyligen börjat ifrågasätta den på grund av planeter som 55 Cancri e, en "superjord" nästan åtta gånger större än jordens massa som kretsar ungefär 20 gånger närmare sin stjärna än Merkurius gör vår sol. År 2024 avslöjade James Webb Space Telescope att 55 Cancri e har en häpnadsväckande tjock atmosfär. Och under de senaste månaderna har en mängd nya observationer visat en växande lista av liknande lavavärldar med tjocka atmosfärer.

För att förklara dessa motstridiga planeter satte Nguyen och kollegor ihop en modell som simulerar gasutbytet mellan en atmosfär och en smält lavayta, samtidigt som de tar hänsyn till gasens utsläpp från atmosfären ut i rymden samt för avkylning och slutlig stelning av lavan. De inkluderade sedan de atmosfärsbevarande lavavärldarna i modellen, tillsammans med andra kända exoplaneter och solsystemvärldar för jämförelse. Modellen visade att atmosfärer främst kan regleras antingen genom att gas släpps ut i rymden eller genom att gas släpps ut i luften (känt som "utgasning"). Den cosmic-sandbar omfattar de heta, närliggande världar där utgasning balanserar flykten.

Planeterna i detta område, likt 55 Cancri e, är generellt tunga superjordar med ytor täckta av lava. Planeter som ligger något längre från sina stjärnor som Merkurius runt vår sol, tenderar att kylas ner och stelna snabbare vilket fångar  gasen under ytan. Oförmögna att fylla på sina minskande atmosfärer blir dessa planeter utan atmosfär. Endast på tillräckligt avstånd från sina stjärnor det vill säga på den cosmic-sandbar kan mindre, kallare planeter som Venus och jorden undvika att deras atmosfärer bränns bort av stjärnstrålning.

Forskarna på Stanford ser fram emot att se hur framtida exoplanetära undersökningar kommer att utveckla och bygga vidare på teorin.

"En viktig slutsats från vår studie publicerad i TheAstrophysical Journal Letters  är att den kcosmic-sandbar inte är en förlorad sak," beskriver Nguyen. "Det har funnits viss pessimism kring det på grund av dessa lavavärldar. Men nu vet vi att det finns en bredare uppsättning parametrar som kan göra det möjligt för en planet att generera och upprätthålla en atmosfär."

Är Uranus och Neptunus isvärldar eller inte?

 

Bild https://www.universetoday.com/ Diagram som visar den föreslagna modellen för magmahavets inre i Uranus och Neptunus. (Källa: Young et al. (2026))

Uranus och Neptunus är fortfarande två av de mest oförstådda objekten i solsystemet, främst eftersom de endast besökts av NASAs Voyager 2-rymdfarkoster 1986 respektive 1989. De har sedan länge setts som isjättar. Hypotesen är att  deras inre består av en isig mantel under en väte/helium-atmosfär.  Jupiter och Saturnus däremot består främst  av väte och helium och ses som gasjättar medan Uranus och Neptunus ha en lagerstruktur bestående av iskalla grundämnen i sina inre.

Trots årtionden av modeller, studier och hypoteser tilltar debatten om Uranus och Neptunus är "isjättar". I en nyligen inlämnad studie till The Astrophysical Journal  beskrivs att isjättar  kanske inte är rätt beskrivning av dem. Det är ett forskarteam från University of California, Los Angeles (UCLA) som efter  långvariga vetenskapliga undersökningar nu beskriver troligheten av att de inte är isjättar. För studien använde forskarna en serie datormodeller för att simulera och fastställa Uranus och Neptunus inre sammansättning och processer. Den primära motivationen bakom studien var att bekräfta eller motbevisa de långvariga modellerna och hypoteserna om Uranus och Neptunus är isjättar. Medan teorier sedan länge har beskrivit världarna med en väte/helium-atmosfär som täcker en enorm mantel av "isar" bestående av vatten, ammoniak och metan och därunder en stenig kärna har studier av båda världarnas magnetfält och värmefördelning förbryllat forskare.

Forskarna noterar att den nya studien inte bara skulle kunna förklara insidan av Uranus och Neptunus, utan att de också skulle kunna användas som analoger för exoNeptunus . De är den vanligaste typen av exoplanet i vår galax vilka har radier mellan 1 och 4,5 av jorden. På grund av brist på liknande planeter i vårt solsystem är bildandet och utvecklingen av dessa exoplaneter fortfarande inte förstått.

Till slut fastställde denna nya studie att insidan av Uranus och Neptunus potentiellt består av ett magmahav, snarare än en isig sammansättning. De planetariska lager som studien föreslår inkluderar en väte/heliumatmosfär som transporterar värme till den övre atmosfären och strålar ut den i rymden. Under detta lager finns ett gränslager bestående av flera grundämnen, inklusive väte, helium, magnesium, kiselmonoxid (SiO) och syre. Slutligen är det nedersta lagret ett magmahav bestående av silikat, järn och väte. 

För närvarande finns inte  några planerade färder ut till dessa planeter. Tyvärr. 

Det finns lavavärldar där ute

Lavavärldar är som andra planeter därute kretsande runt sina solar men är heta nog på ytan att få berg att mjukna.

 Mihkel Pajusalu vid universitetet i Tartu i Estland säger att de kan jämföras med "exempelvis tagit från  från science fiction och Star Wars: Episode III, Mustafar planeten. 

Forskare hade upptäckt att några av dessa lavavärldar är extremt lysande och reflekterande. Frågan är då varför?  Pajusalu och hans kollegor gjorde ett experiment för att kontrollera en idé de hade för att lösa denna fråga.  M.I.T:s  Zahra Essack, som ledde gruppen säger följande.

" När vi tog bort lava från en ugn kunde vi omedelbart känna värmen stråla över oss. Redan från sex meters avstånd kändes det som om vi stod precis vid kanten av en dånande brasa. Degeln, som var behållaren som höll lavan lyste så starkt, att ögonen tårades. Det var en otrolig upplevelse."

”Tanken vi hade att det kanske kommer från det faktum lava i sig  i grunden är en vätska och en slät yta kan reflektera ljus. Liksom vattenytan, till exempel." "Vi tror att lavaplaneter kan ha exotisk reflekterande atmosfärer som består av kiseldioxid, som är den viktigaste komponenten i stenar, och metaller som innehåller natrium och kalium och detta kan återspegla stjärnljus och göra att dessa planeter verkar mycket ljusa."

Själv (min anm.) ser jag inget motsägelsefullt i detta antagande. Lavaplaneter finns det är jag övertygad om.

Bild från pixabay.com på en fantasivärld en lavaplanet.