Необычные «съеживающиеся» экзопланеты стали недостающим звеном планетарной эволюции
По-видимому, этот тип небесных тел является недостающим звеном в планетарной эволюции.
Было обнаружено, что четыре мини-Нептуна в непосредственной близости от своих звезд теряют свою атмосферу с такой скоростью, что полная потеря практически неизбежна. Это говорит о том, что эти миры в конечном итоге сожмутся до земных планет размером примерно с Землю — и, более того, в этом виноваты их звезды.
Хотя ученые долгое время считали, что эти два типа экзопланет связаны, путь, по которому мини-Нептуны потеряли свою атмосферу, был неизвестен. Недавно идентифицированные «сжимающиеся» миры натолкнули исследователей на мысль, что удаление посредством звездного излучения является основным процессом съеживания планеты — хотя, безусловно, и другие факторы также могут вносить свою лепту.
Мини-Нептуны и суперземли
Галактика Млечный Путь изобилует разнообразием, и на сегодняшний день в ней было идентифицировано множество видов экзопланет, которые сильно отличаются от тех, что мы видим в нашей собственной Солнечной системе. Одним из них является «мини-Нептун» — самый распространенный тип мира, обнаруженный миссией «Кеплер» и при этом отсутствующий в Солнечной системе.
Это миры массивнее Земли, но менее массивные, чем Нептун, и при этом окутаны подобной Нептуну плотной атмосферой из водорода и гелия. Размер таких планет при этом всегда превышает два радиуса Земли, что также весьма любопытный феномен.
Суперземли — это другая разновидность экзопланет, которые в 1-1,5 раза больше радиуса Земли. И в оставшемся промежутке (между 1,5 и 2 радиусами Земли) есть любопытная «щель», поскольку планет такого радиуса крайне мало.
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 и либо потеряли свою изначальную атмосферу, либо никогда не имели ее изначально.
Как экзопланеты теряют атмосферу?
У исследователей есть два объяснения этого феномена. Один потенциальный путь, называемый потерей массы за счет ядра, — это внутреннее тепло, возникающее в результате формирования планет, при котором гравитационная энергия связи преобразуется в тепловую, что приводит к сбросу изначальной атмосферы в космос. Другой путь — фотоиспарение, при котором интенсивное рентгеновское и ультрафиолетовое излучение молодой звезды разрушает атмосферу экзопланеты.
Чтобы определить, какой из этих сценариев ведет к превращению мини-Нептунов в суперземли, необходимо наблюдать за протекающими экзопланетами и определять скорость, с которой они теряют массу.
Команда из Калифорнийского технологического института использовала спектроскопию для изучения атмосферы четырех молодых мини-Нептунов, вращающихся вокруг оранжевых карликов, чтобы определить скорость, с которой эти экзопланеты выделяют гелий в космос.
Оказалось, что на всех четырех планетах наблюдались значительные выбросы гелия со скоростью, совместимой с фотоиспарением, а не с потерей массы за счет ядра. Кроме того, эта скорость потерь достаточна, чтобы лишить экзопланеты их атмосфер всего за несколько сотен миллионов лет, — это довольно короткий промежуток времени в космическом контексте. Так что большинство мини-Нептунов, вращающихся вокруг звезд, подобных Солнцу, вероятно, превращаются в суперземли и делают это посредством фотоиспарения.