Анализ данных свидетельствует о том, что мини-Нептуны способны терять атмосферу под воздействием излучения своих звезд, трансформируясь в каменистые сверхземли.
В нашей Солнечной системе подобные планеты не встречаются, однако в масштабах всей Галактики значительную часть от общего числа планет составляют мини-нептуны. Эти объекты представляют собой газовые карлики, аналогичные Урану и Нептуну, однако значительно меньшие по размеру. Мини-нептуны характеризуются плотной первичной атмосферой, состоящей из водорода и гелия, и, как правило, располагаются на достаточно большом расстоянии от своих центральных звёзд. Более компактные планеты обычно располагаются ближе к ним, сверхземли, они были столь же каменистыми, как и наша, но значительно больше по размеру.
Переходная область между планетами, классифицируемыми как сверхземли, и мини-нептунами располагается в диапазоне полутора-двух земных радиусов. Тем не менее, обширные данные, полученные космическим телескопом «Kepler» в ходе изучения экзопланет, демонстрируют, что планет с параметрами, находящимися на этой границе, наблюдается относительно немного. Это явление получило название « провалом Фултона» — в память об астрономе Бенджамине Фултоне (Benjamin Fulton), открывшем его приблизительно десять лет назад.
В ходе дополнительных исследований ученые установили, что недостаток планет с радиусом от 1,5 до 2,0 земных радиусов связан с их потерей атмосферы. Вероятно, эти миры слишком малы для удержания своей изначальной газовой оболочки, и она быстро улетучивается в космос, оставляя более компактную каменистую сверхземлю. Но что служит основным драйвером такой потери? Это может быть, например, тепло, исходящее из недр самой планеты, или же излучение звезды, особенно интенсивное на ранних этапах их существования.
Новое исследование, выполненное Майклом Чжаном (Michael Zhang) и его коллегами из Калифорнийского технологического института (Caltech), внесло ясность в этот вопрос. О результатах работы ученые расскажут в статье, которая будет опубликована в The Astronomical Journal и пока доступна в библиотеке препринтов arXiv.
Астрономы осуществили спектроскопические наблюдения за четырьмя юными и относительно близкими к Земле мини-нептунами, обращающимися вокруг молодых оранжевых карликов. Среди них TOI 560b с радиусом, в 2,8 раза превышающим земной, TOI 1430.01 — в 2,1 раза, TOI 1683.01 и TOI 2076b — в 2,3 и 2,5 раза соответственно. Результаты исследования продемонстрировали, что все четыре планеты испытывают быструю потерю гелия из своих атмосфер, причем темпы этого процесса настолько высоки, что не могут быть обусловлены влиянием их внутренних структур. Таким образом, основной причиной является излучение звезды, вокруг которой они вращаются.
При текущих условиях мини-нептуны могут полностью разрушиться всего за несколько сотен миллионов лет. «Наши выводы свидетельствуют о том, что большая часть, если не все, из этих планет утратит водородные оболочки и трансформируется в сверхземли», — отмечают Чжан и его коллеги. «Полученные данные указывают на то, что большинство мини-нептунов, вращающихся вокруг звезд, подобных Солнцу, изначально обладают плотными атмосферными слоями, однако, под воздействием излучения, теряют их и становятся сверхземлями».