«Усыхающий» мини-нептун подтвердил гипотезу о дефиците планет малого радиуса

Сегодня известны тысячи далеких экзопланет самых разных размеров и свойств — от «мини-земель» диаметром меньше нашей до газовых гигантов намного крупнее Юпитера. Однако в промежутке от полутора до двух радиусов Земли — между каменистыми землеподобными телами и небольшими мини-нептунами, окруженными плотной газовой оболочкой — наблюдается явный дефицит. Таких планет практически не обнаруживается, что заставляет астрономов говорить о «провале среди планет малого радиуса» и искать объяснения этой загадке.

Согласно одной из гипотез, это может быть связано со слишком слабой способностью таких небесных тел удерживать плотную атмосферу. Потоки частиц и излучения от близкой звезды вызывают быструю эрозию газовой оболочки, в результате чего эти миры быстро «усыхают», превращаясь в небольшие суперземли. Такую идею подтвердили и новые наблюдения, проведенные международной командой астрономов во главе с Сусаной Баррос (Susana Barros) из португальского Университета Порто. Их статья принята к публикации в журнале Astronomy & Astrophysics и уже доступна в онлайн-библиотеке препринтов arXiv.

Ученые опирались на данные космического телескопа TESS, специально созданного для поиска экзопланет. Найденные им объекты-кандидаты обычно подтверждаются дополнительными наблюдениями, и в этот раз такую работу провели с помощью 3,6-метрового телескопа HARPS Европейской южной обсерватории. В отличие от TESS, который фиксирует транзиты — затемнения звезд в моменты, пока планеты проходят между ними на нами, — HARPS способен замечать и слабые колебания положения самой звезды. Это позволяет точнее оценить массу планеты, которая вызвала такие колебания.

Главное внимание астрономов привлекла система оранжевого карлика HD-207496, расположенного в 138 световых годах от нас. TESS обнаружил в его системе экзопланету, размеры и орбита которой соответствуют тому самому «провалу»: один оборот вокруг звезды HD-207496b совершает за 6,44 суток, а радиус ее всего в 2,25 раза больше земного. Наблюдения HARPS помогли оценить массу планеты, которая оказалась в 6,1 раза больше земной. Исходя из этих показателей легко рассчитать среднюю плотность HD-207496b. Она составила 3,27 грамма на кубический сантиметр — заметно меньше, чем у нашей планеты (5,51 грамма на кубический сантиметр). Это позволяет предположить, что водные и/или газовые оболочки составляют куда большую часть экзопланеты, чем у Земли.

Моделирование такого мира показало, что атмосфера HD-207496b, состоящая из гелия и водорода, в подобных условиях не может оставаться устойчивой. Под влиянием близкой звезды она полностью улетучится примерно за полмиллиарда лет. Возраст звезды HD-207496 оценивается как раз в такой срок. Возможно, HD-207496b переживает такое превращение, но вероятно, что она уже потеряла атмосферу и осталась окружена «оголенным» океаном воды.