Американские астрономы, вновь проанализировав архивные данные, полученные космическим телескопом «Кеплер», обнаружили вероятную причину исчезновения атмосферы у горячих мини-нептунов. Оказывается, ответственность за это лежит не на их родительских звёздах, а на собственных ядрах этих экзопланет.
Экзопланеты – это планеты, которые астрономы обнаруживают за пределами нашей Солнечной системы. Как и восемь планет, обращающихся вокруг Солнца, они отличаются по своим размерам и составу: от небольших, каменистых планет, подобных Меркурию, до огромных газовых гигантов, сопоставимых с Юпитером. Между этими двумя типами находятся скалистые суперземли, напоминающие Землю, но обладающие большей массой, а также суб- или мини-нептуны – более крупные планеты с массивной, но недостаточно плотной газовой оболочкой.
Несмотря на то, что на сегодняшний день обнаружено более пяти с половиной тысяч экзопланет, и среди них преобладают суперземли и мини-нептуны, астрономы выявили лишь небольшое количество объектов, размер которых в полтора-два раза превышает земной. Этот «дисбаланс в размерах», известный как Фултоновский разрыв, вызывает вопросы у исследователей и побуждает их к разработке теорий, объясняющих полученные данные. Авторы новой работы убеждены, что этот разрыв не является случайным и обусловлен фактором, препятствующим планетам достигать и/или сохранять указанный диапазон размеров.
Анализ архивных данных, собранных миссией K2 космического телескопа «Кеплер», был проведен учеными. Телескоп изучал звездные скопления Яслей и Гиад. В центре внимания исследователей находились горячие мини-нептуны, находящиеся в непосредственной близости от своей звезды и испытывающие постепенную потерю атмосферы. Для объяснения процесса исчезновения газовой оболочки у подобных экзопланет обычно рассматриваются две гипотезы: фотоиспарение, вызванное воздействием интенсивного излучения от звезды, и влияние, исходящее от ядра самой планеты.
Первый сценарий предполагает более стремительное истощение верхних слоев атмосферы, происходящее в течение первых ста миллионов лет развития планеты. Альтернативно, воздействие горячего ядра, сохранившего изначальную энергию после формирования экзопланеты или нагретого излучением звезды, также способно приводить к уменьшению газовой оболочки, однако этот процесс протекает значительно медленнее, примерно через миллиард лет после возникновения планеты. Вне зависимости от преобладающего механизма, если мини-Нептун недостаточно массивен, он не сможет сохранить свою атмосферу и уменьшится в размерах до суперземли.
Возраст горячих мини-нептунов, обнаруженных практически у каждой молодой звезды в скоплениях Яслей и Гиад, согласно исследованиям, варьировался от 600 до 800 миллионов лет. Это указывает на то, что период, необходимый для фотоиспарения, вероятно, уже истек. Вместе с тем, эти экзопланеты еще не достигли возраста, достаточного для потери массы под воздействием энергии ядра. При этом, только четверть звезд, старше 800 миллионов лет и зафиксированных в том же обзоре K2, имеют мини-нептуны на своей орбите.
Авторы статьи считают, что для изученных экзопланет более вероятен механизм потери массы, обусловленный теплом их ядра, нежели фотоиспарение. Однако исследователи подчеркивают необходимость проведения дополнительных исследований, которые углубят понимание процессов фотоиспарения и потери массы, вызванной энергией ядра, чтобы установить точную причину выявленного различия в размерах экзопланет.
Более детальная информация об итогах исследования представлена в статье, опубликованной в журнале The Astronomical Journal.