Вопрос планетарного масштаба: почему со временем некоторые экзопланеты становятся меньше
Ученые выяснили, что некоторые планеты со временем существенно уменьшаются в размерах, но подлинную причину не может назвать никто
«Суть в том, что планеты — это не статические сферы из горных пород и газа, как мы привыкли думать», — отметил астрофизик Тревор Дэвид из Института Флэтайрон в Нью-Йорке. Так называемый небольшой разрыв радиуса планет – это явление, впервые обнаруженное в 2017 году. Оно представляет собой странный промежуток размеров экзопланет между двумя их классами — мирами размером с Землю и мини-Нептунами, которые меньше «нашего» Нептуна, но все еще имеют очень плотные атмосферы, подобные ему.
Ученые предложили несколько возможных сценариев для объяснения этой странной аномалии. Одна из них заключается в том, что одни планеты, возможно, совсем недавно сформировались из облаков материала, которые слишком разрежены для создания атмосферы, подобной Нептуну. Однако основная теория заключается в том, что экзопланеты изначально были гораздо крупнее, а затем уменьшились из-за потери атмосферы.
Эта идея исследовалась и раньше, но Дэвид и его команда добавили в свой анализ новый параметр: возраст экзопланет, которые формируются одновременно с их звездами. Ученые выбрали группу экзопланет, размер которых превышал Землю не более 10 раз, и провели анализ их показателей из California-Kepler Survey, проекта по измерению точных свойств экзопланет и их звезд-родителей.
Эти данные позволили сделать точную выборку планет правильного размера. Затем исследователи вычислили возраст звезд, используя их химический состав и колебания света — два основных показателя, которые связаны с возрастом звезды.
Следующим шагом было разделение систем на две популяции — тех, кто моложе 2 миллиардов лет, и тех, кто старше (Солнечной системе, для контекста, около 4,6 миллиарда лет). Сделав это, ученые обнаружили интересную закономерность.
Дело в том, что разрыв в массах не абсолютен, и распределение экзопланет в заданном промежутке зависело от их возраста. Для более молодых звездных систем промежуток был самым существенным в области радиуса, сопоставимого с 1,6 земного. Для более старых систем он был этот показатель составлял 1,8 от радиуса Земли.
Исследовательская группа интерпретировала это так: некоторые мини-Нептуны довольно резко сжимаются за миллиарды лет, теряя свою атмосферу и в конечном итоге сохраняя только голое ядро – результат, который мы, скорее всего, и наблюдаем у множества экзопланет. Однако выше определенного критического предела мини-Нептуны обладают достаточной массой, чтобы гравитационно удерживать свои атмосферы, что и приводит к наблюдаемому зазору в радиусах планет.
Что же вызывает утрату атмосферы? Один из предлагаемых сценариев — бомбардировка астероидами. Исследователи пришли к выводу, что с учетом того, что наблюдаемый процесс занимает миллиарды лет, это маловероятно; подобное воздействие разрушит атмосферу в гораздо более короткие сроки, менее 100 миллионов лет.
Остаются два основных варианта. Первый — фотоиспарение, когда близкого расстояния между звездой и планетой достаточно, чтобы излучение звезды разорвало атмосферу. Второй — охлаждение ядра, когда тепло, выходящее из ядра планеты, попадает в атмосферу и помогает избавиться от него изнутри.
Эти два разных процесса происходят в разных временных масштабах, и оба соответствуют наблюдениям команды. В настоящее время, по словам команды, требуется дополнительный анализ, чтобы определить, что именно сжимает экзопланеты.
