Пухлі планети втрачають атмосферу та стають суперземлями

Астрономи виявили два окремі випадки "мінінептунових" планет, які втрачають свою пухлу атмосферу та, ймовірно, перетворюються на суперземлі. Випромінювання від зірок цих планет руйнує їх атмосферу, змушуючи гарячий газ видалятися, як пара з каструлі з киплячою водою.

Результати, опубліковані в двох окремих статтях в The Astronomical Journal, допомагають скласти уявлення про те, як формуються та розвиваються такі екзотичні світи, розповідають у Каліфорнійському технологічному інституті (Калтех), передають OstanniPodii.com.

Мінінептуни належать до класу екзопланет - планет, які обертаються навколо зірок за межами нашої Сонячної системи. Ці світи, які є меншими, більш щільними версіями планети Нептун, складаються з великих скелястих ядер, оточених товстими газовими ковдрами.

У нових дослідженнях, очолювана Калтех команда астрономів використовувала обсерваторію В. М. Кека на вершині Маунакеа на Гаваях для вивчення однієї з двох планет-мінінептунів в зоряній системі під назвою TOI 560, розташованої на відстані 103 світлових роки від нас; а також використала космічний телескоп Хаббла для вивчення двох мінінептунів, які обертаються навколо зірки HD 63433, розташованої на відстані 73 світлових років від нас.

Їхні результати показують, що атмосферний газ втрачається з най внутрішнього мінінептуна в TOI 560, який називається TOI 560.01, та з най зовнішнього мінінептуна в HD 63433, який називається HD 63433 c. Це говорить про те, що вони можуть перетворитися на суперземлі.

«Більшість астрономів підозрювали, що у молодих, маленьких мінінептунів повинна бути атмосфера, що випаровується», — каже Майкл Чжан, провідний автор обох досліджень й аспірант Калтеха. «Але досі ніхто не зміг спіймати жодного в процесі випаровування».

Дослідження також несподівано виявило, що газ навколо TOI 560.01 витікав переважно у бік зірки.

«Це було несподівано, оскільки більшість моделей передбачають, що газ має текти у напрямку від зірки», – каже професорка планетарних наук Хізер Кнатсон, радниця Чжан і співавторка дослідження. «Нам ще багато чого потрібно дізнатися про те, як ці відтоки працюють на практиці».

Пояснення планетарного розриву

Відтоді, як у середині 1990-х років були відкриті перші екзопланети, що обертаються навколо сонцеподібних зірок, були знайдені тисячі інших. Багато з них обертаються близько до своїх зірок, а менші, скелясті, зазвичай поділяються на дві групи: мінінептуни та суперземлі. Планети такого типу не зустрічаються в нашій Сонячній системі. Розміри суперземлі у 1,6 раза більші за Землю (а інколи у 1,75 раза більше Землі), тоді як мінінептуни у два-чотири рази більше Землі. Було виявлено кілька планет з розмірами між цими двома типами планет.

Одним з можливих пояснень наявності цього розриву є те, що мінінептуни перетворюються на суперземлі. Згідно з теорією, мінінептун охоплений первісною атмосферою з водню та гелію. Водень та гелій залишилися після формування центральної зірки, яка народжується з хмар газу. Якщо мінінептун досить малий та знаходиться досить близько до своєї зірки, зоряне рентгенівське та ультрафіолетове випромінювання можуть видалити його первісну атмосферу протягом сотень мільйонів років, припускають вчені. Після цього залишилася б скеляста суперземля зі значно меншим радіусом, яка, теоретично, могла б все ще зберігати відносно тонку атмосферу, подібну до тієї, що оточує нашу власну планету.

«Планета в розриві (у масах між мінінептуном та суперземлею) мала б достатньо атмосфери, щоб розпушити свій радіус, що дозволить їй перехоплювати більше зоряного випромінювання й тим самим забезпечить швидку втрату маси», — говорить Чжан. «Але атмосфера досить тонка, тому вона швидко втрачається. Ось чому планета довго не залишається в цьому розриві».

На думку астрономів, цей розрив можуть пояснити інші сценарії. Наприклад, менші скелясті планети могли взагалі не набрати газової оболонки, а мінінептуни могли б бути водними світами та не огорнутими газоподібним воднем. Це останнє відкриття двох мінінептунів з втратою атмосфер являє собою перший прямий доказ на підтвердження теорії про те, що мінінептуни дійсно перетворюються на суперземлі.

Сигнатури у зоряному світлі

Астрономи змогли виявити атмосфери, що втрачаються, під час спостережень за тим, як мінінептуни перетинають світло своїх зірок, тобто здійснюють транзит. Планети неможливо побачити безпосередньо, але коли вони проходять перед своїми зірками, як це видно з нашої точки зору на Землі, телескопи можуть шукати поглинання зоряного світла атомами в атмосферах планет. У випадку з мінінептуном TOI 560.01 дослідники виявили ознаки гелію. Для зоряної системи HD 63433 команда знайшла ознаки водню на найвіддаленішій планеті, яку вони вивчали, під назвою HD 63433 c, але не на внутрішній планеті, HD 63433 b.

«Внутрішня планета можливо вже втратила свою атмосферу», — пояснює Чжан.

Швидкість руху газів свідчить про те, що атмосфери видаляються. Спостережуваний гелій навколо TOI 560.01 рухається зі швидкістю 20 кілометрів на секунду, тоді як водень навколо HD 63433 c рухається зі швидкістю 50 кілометрів на секунду. Гравітація цих мінінептунів недостатньо сильна, щоб утримати такий швидкоплинний газ. Масштаби відтоків навколо планет також вказують на атмосфери, що втрачаються: газовий кокон навколо TOI 560.01 принаймні у 3,5 раза більший за радіус планети, а кокон навколо HD 63433 c принаймні у 12 разів більший за радіус планети.

Спостереження також показали, що газ, втрачений від TOI 560.01, витікає до зірки. Майбутні спостереження за іншими мінінептунами повинні показати, чи є TOI 560.01 аномалією, чи атмосферний відтік, скерований всередину, зустрічається частіше.

«Як вчені, які вивчають екзопланети, ми навчилися очікувати несподіваного», — каже Кнатсон. «Ці екзотичні світи постійно дивують нас новою фізикою, яка виходить за рамки того, що ми спостерігаємо в нашій Сонячній системі».

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.