Открытие «сжимающихся» экзопланет заполняет недостающее звено планетарной эволюции
Недавно было обнаружено, что четыре мини-нептуна в непосредственной близости от своих звезд теряют атмосферу с огромной скоростью. Если так все пойдет и дальше, то скоро атмосфера исчезнет совсем, а потом эти миры сожмутся до земных размеров — и в этом виноваты их звезды.
Ученые давно подозревали, что землеподобные экзопланеты и мини-нептуны связаны, но процесс превращения оставался загадкой. Недавно найденные сжимающиеся миры подсказывают, что удаление верхних слоев газа посредством звездного излучения является ведущим механизмом.
Научная статья вышла в препринте, принята к публикации в Astronomical Journal, об исследовании рассказывает ScienceAlert.
Галактика Млечный Путь — большое и разнообразное место, и на сегодняшний день было идентифицировано множество видов экзопланет, которые сильно отличаются от тех, что мы находим в нашей собственной Солнечной системе. Одной из таких является мини-нептун — самый распространенный тип планет, но отсутствующий в нашем маленьком уголке галактики.
Это миры, более массивные, чем Земля, менее массивные, чем Нептун, и окутанные плотной атмосферой из водорода и гелия, подобной той, что есть на Нептуне. Эти экзопланеты как минимум в два раза больше радиуса Земли. Суперземли — это другая категория. Это экзопланеты, которые в 1-1,5 раза больше радиуса Земли. Между 1,5 и 2 радиусами Земли экзопланет крайне мало. Это называется «разрыв радиуса малой планеты».
Ученые считают, что этот разрыв существует потому, что при превышении определенного критического предела экзопланеты имеют достаточную массу, чтобы сохранить существенную первичную атмосферу, которая увеличивает их размер, помещая их в класс мини-нептунов. С другой стороны, суперземли не обладают достаточной массой: либо потеряли свою изначальную атмосферу, либо никогда не имели ее изначально.
Следующий вопрос: если эти экзопланеты изначально имели первичную атмосферу, как последняя исчезла?
Один возможный путь — потеря массы за счет ядра, когда внутреннее тепло, возникающее в результате формирования планеты, выталкивает атмосферу. Другой называется фотоиспарением — атмосферу экзопланеты разрушает интенсивное рентгеновское и ультрафиолетовое излучение молодой звезды.
Чтобы определить, какой из этих сценариев ведет к превращению мини-нептунов в суперземли, необходимо наблюдать за экзопланетами и определить скорость, с которой они теряют массу.
В новом исследовании ученые из Калифорнийского технологического института (США) использовали спектроскопию для изучения атмосферы четырех молодых мини-нептунов, вращающихся вокруг оранжевых карликов, чтобы определить скорость, с которой эти экзопланеты выделяют гелий в космос.
Команда обнаружила, что на всех четырех планетах наблюдались значительные выбросы гелия со скоростью фотоиспарения. Кроме того, эта скорость потери достаточна, чтобы лишить атмосферы этих экзопланет всего за несколько сотен миллионов лет, — это очень короткий промежуток времени по космическим меркам. Скорее всего, большинство мини-нептунов, вращающихся вокруг звезд, подобных Солнцу, вероятно, превращаются в суперземли и делают это посредством фотоиспарения.
