Последние исследования обнаружили, что отдельные экзопланеты сокращаются в объёме. Это явление не согласуется с действующими теориями образования планет. По информации НАСА, такое уменьшение можно объяснить потерей массы в ядре планеты.
Размеры экзопланет колеблются от небольших каменистых планет, подобных Земле, до газовых гигантов. Между ними находятся каменистые суперземли, диаметр которых на 1,6 раза больше земного, и суб-нептуны, в 2-4 раза превосходящие по размеру Землю. Однако отсутствуют планеты размером от 1,6 до 2 раз больше Земли, то есть промежуточные между суперземлями и суб-нептунами.
Открытие, сделанное Джесси Кристиансеном из Калифорнийского технологического института, руководитель группы исследователей, предполагает связь разницы в размерах некоторых суб-нептуновых планет с потерей атмосферы со временем. Масса этих планет недостаточна для поддержания сильного притяжения, необходимого для удержания атмосферы. В результате они уменьшаются до размеров суперземель, создавая промежуточное пространство между двумя категориями планет.
Как именно планеты утрачивают свою атмосферу, до сих пор неясно. В своей работе, изданной в журнале… Кристиансен с соавторами выделил два вероятных механизма: уменьшение массы в сердце ядра и фотоиспарение.
Потеря массы, сосредоточенная на ядре
Гипотеза о потере массы в ядре считается основным объяснением уменьшения размеров некоторых экзопланет. Сильное излучение горячего ядра постепенно отодвигает атмосферу планеты, что приводит к сокращению ее размера.
Наблюдения миссии НАСА K2, продолжающей работу телескопа «Кеплер», подтвердили гипотезу. В ходе миссии изучались скопления звезд Ясли и Гиады (600-800 млн лет), что для звезд и их планет считается молодостью. Полученные данные показали: в молодых скоплениях планеты чаще сохраняют атмосферу, а потеря массы ядром происходит дольше.
Фотоиспарение — альтернативная гипотеза
Фотоиспарение — гипотеза об уменьшении размеров экзопланет.
Она основана на воздействии звездного излучения на атмосферу: мощное излучение звезды-хозяина может разрушить или уничтожить атмосферу планеты. Эффект будет особенно сильным для планет, находящихся близко к звезде.
Фотоиспарение имеет временные ограничения, что делает его маловероятным объяснением уменьшения размеров в целом. По этой гипотезе потеря атмосферы через фотоиспарение происходит главным образом в первые 100 миллионов лет жизни планеты. В этот период звезда-хозяин очень активна и излучает высокий уровень ультрафиолетового излучения и звездного ветра, которые являются главными факторами фотоиспарения.
В противовес этому предположению, альтернативная теория, озвученная ранее, ставит потерю массы в ядре как событие, произошедшее значительно позднее, возможно, примерно через миллиард лет после формирования планеты. Что же подлиннее?
Вечный вопрос о том, почему планеты теряют массу.
Исследования Кристиансена играют ключевую роль в оценке двух гипотез. Если команда обнаружила много суб-нептунов в Ясли и Гиадах по сравнению с более древними звездами других скоплений, это укажет на отсутствие фотоиспарения. В таком случае наиболее вероятным объяснением уменьшения размеров суб-нептунов со временем будет потеря массы ядром.
Во время наблюдений учёные обнаружили, что у почти всех звёзд в этих скоплениях по-прежнему на орбите находится субнептунианская планета или планета-кандидат. В зависимости от размеров этих планет учёные предполагают, что сохранили атмосферу.
Эта ситуация отличается от ситуации с более старыми звездами, изученными в рамках проекта K2 (возрастом более 800 миллионов лет), где только 25% из них обладают суб-нептунскими планетами на орбите. Более древний возраст этих звезд совпадает с периодом предполагаемой потери массы ядром.
Выходя из этих наблюдений, команда поясняет в пресс-релизе, что фотоиспарение не является фактором, соответствующим Ясли и Гиадам. В случае если бы это было так, то подобное произошло бы за сотни миллионов лет раньше, и эти планеты потеряли бы большую часть, если не всю свою атмосферу. Таким образом, наиболее вероятным объяснением эволюции атмос этих планет остается потеря массы в центре ядра.
Работа команды Кристиансена над каталогом для исследования заняла более пяти лет. По его словам, исследование пока не завершено, и наше понимание фотоиспарения и потери массы за счет ядра может измениться. Возможно, будущие исследования поставят полученные результаты под сомнение, прежде чем загадка планетарной дыры будет окончательно раскрыта.