Пухлые планеты теряют атмосферу и становятся суперземлями

Астрономы обнаружили два отдельных случая "мининептуновых" планет, которые теряют свою пухлую атмосферу и, вероятно, превращаются в суперземли. Излучение от звезд этих планет разрушает их атмосферу, заставляя горячий газ удаляться, как пар из кастрюли с кипящей водой.

Результаты, опубликованные в двух отдельных статьях The Astronomical Journal, помогают составить представление о том, как формируются и развиваются такие экзотические миры, рассказывают в Калифорнийском технологическом институте (Калтех), передают OstanniPodii.com.

Мининептуны принадлежат к классу экзопланет – планет, вращающихся вокруг звезд за пределами нашей Солнечной системы. Эти миры, являющиеся меньшими, более плотными версиями планеты Нептун, состоят из больших скалистых ядер, окруженных толстыми газовыми одеялами.

В новых исследованиях, возглавляемая Калтехом команда астрономов использовала обсерваторию В. М. Кека на вершине Маунакеа на Гавайях для изучения одной из двух планет мининептунов в звездной системе под названием TOI 560, расположенной на расстоянии 103 световых лет от нас; а также использовала космический телескоп Хаббл для изучения двух мининептунов, вращающихся вокруг звезды HD 63433, расположенной в 73 световых годах от нас.

Их результаты показывают, что атмосферный газ теряется из самого внутреннего мининептуна в TOI 560, который называется TOI 560.01, и из самого внешнего мининептуна в HD 63433, который называется HD 63433 c. Это говорит о том, что они могут превратиться в суперземли.

«Большинство астрономов подозревали, что у молодых, маленьких мининептунов должна быть испаряющаяся атмосфера», — говорит Майкл Чжан, ведущий автор обоих исследований и аспирант Калтеха. «Но до сих пор никто не смог поймать ни одного в процессе испарения».

Исследование также неожиданно обнаружило, что газ вокруг TOI 560.01 вытекал преимущественно в сторону звезды.

«Это было неожиданно, поскольку большинство моделей предполагают, что газ должен вытекать в направлении звезды», – говорит профессор планетарных наук Хизер Кнатсон, советник Чжан и соавтор исследования. «Нам еще многое нужно узнать о том, как эти оттоки работают на практике».

Объяснение планетарного разрыва

С тех пор, как в середине 1990-х были открыты первые экзопланеты, вращающиеся вокруг солнцеподобных звезд, были найдены тысячи других. Многие вращаются близко к своим звездам, а меньшие, скалистые, обычно делятся на две группы: мининептуны и суперземли. Планеты такого типа не встречаются в нашей Солнечной системе. Размеры суперземли в 1,6 раза больше Земли (а иногда в 1,75 раза больше Земли), тогда как мининептуны в два-четыре раза больше Земли. Было обнаружено несколько планет с размерами между этими двумя типами планет.

Одним из возможных объяснений наличия этого разрыва является то, что мининептуны превращаются в суперземли. Согласно теории, мининептун охвачен первоначальной атмосферой из водорода и гелия. Водород и гелий остались после формирования центральной звезды, рождающейся из облаков газа. Если мининептун достаточно мал и находится достаточно близко к своей звезде, звездное рентгеновское и ультрафиолетовое излучение может удалить его первоначальную атмосферу в течение сотен миллионов лет, предполагают ученые. После этого осталась бы скалистая суперземля со значительно меньшим радиусом, которая, теоретически, могла бы все еще сохранять относительно тонкую атмосферу, подобную той, что окружает нашу собственную планету.

«Планета в разрыве (в массах между мининептуном и суперземлей) имела бы достаточно атмосферы, чтобы взрыхлить свой радиус, что позволит ей перехватывать больше звездного излучения и тем самым обеспечит быструю потерю массы», — говорит Чжан. «Но атмосфера достаточно тонкая, потому она быстро теряется. Вот почему планета долго не остается в этом разрыве».

По мнению астрономов, этот разрыв могут объяснить другие сценарии. Например, меньшие скалистые планеты могли вообще не набрать газовую оболочку, а мининептуны могли быть водными мирами и не окутанными газообразным водородом. Это последнее открытие двух мининептунов с потерей атмосфер представляет собой первое прямое доказательство в подтверждение теории о том, что мининептуны действительно превращаются в суперземли.

Сигнатуры в звездном свете

Астрономы смогли обнаружить удаляющиеся атмосферы во время наблюдений за тем, как мининептуны пересекают свет своих звезд, то есть совершают транзит. Планеты невозможно увидеть непосредственно, но когда они проходят перед своими звездами, как видно с нашей точки зрения на Земле, телескопы могут искать поглощение звездного света атомами в атмосферах планет. В случае мининептуна TOI 560.01 исследователи обнаружили признаки гелия. Для звездной системы HD 63433 команда нашла признаки водорода на самой удаленной изучаемой планете под названием HD 63433 c, но не на внутренней планете, HD 63433 b.

«Внутренняя планета, возможно, уже потеряла свою атмосферу», — объясняет Чжан.

Скорость движения газов указывает на то, что атмосферы удаляются. Наблюдаемый гелий вокруг TOI 560.01 двигается со скоростью 20 километров в секунду, в то время как водород вокруг HD 63433 c движется со скоростью 50 километров в секунду. Гравитация этих мининептунов недостаточно сильна, чтобы удержать такой быстротечный газ. Масштабы оттоков вокруг планет также указывают на теряемые атмосферы: газовый кокон вокруг TOI 560.01 по крайней мере в 3,5 раза больше радиуса планеты, а кокон вокруг HD 63433 c по крайней мере в 12 раз больше радиуса планеты.

Наблюдения также показали, что газ, теряемый TOI 560.01, вытекает к звезде. Предстоящие наблюдения за другими мининептунами должны показать, является ли TOI 560.01 аномалией, или атмосферный отток, направленный внутрь, встречается чаще.

«Как ученые, изучающие экзопланеты, мы научились ожидать неожиданного», - говорит Кнатсон. «Эти экзотические миры постоянно удивляют нас новой физикой, которая выходит за рамки того, что мы наблюдаем в нашей Солнечной системе».

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.