Астрономы подтвердили новую причину «похудения» некоторых экзопланет

Экзопланетами называют все те планеты, что астрономы находят за пределами Солнечной системы. Так же, как и восемь планет, вращающихся вокруг Солнца, они различаются по размеру и составу: от мелких скалистых планет, наподобие Меркурия, до колоссальных газовых гигантов, похожих на Юпитер. Промежуточным вариантом экзопланет считаются скалистые суперземли, напоминающие Землю, но в несколько раз массивнее нее, и более крупные суб- или мини-нептуны с массивной, но не плотной газовой оболочкой.

Тем не менее из пяти с половиной тысяч найденных на сегодня экзопланет, большинство из которых составляют именно суперземли и мини-нептуны, астрономы обнаружили крайне мало объектов, размером в полтора-два раза превышающих Землю. Такой «разрыв в размерах», или Фултоновский разрыв, между этими типами планет озадачивает ученых и заставляет разрабатывать теории, объясняющие данные наблюдений. Авторы нового исследования уверены, что этот разрыв не случайность и есть причина, которая мешает планетам достигать и/или оставаться в этом диапазоне размеров.

Ученые проанализировали архивные данные миссии K2 космического телескопа «Кеплер», изучавшего звездные скопления Яслей и Гиад. Исследователей интересовали горячие мини-нептуны, расположенные близко к родительской звезде и постепенно теряющие свою атмосферу. Для таких экзопланет обычно рассматривают две возможные причины потери газовой оболочки — фотоиспарение, происходящее в результате воздействия высокоэнергетического излучения родительской звезды, и воздействие со стороны собственного ядра планеты.

Первый путь считается более быстрым, «сдувающим» верхние слои атмосферы в течение первой сотни миллионов лет существования планеты. В то же время воздействие горячего ядра, сохранившего первичную энергию после формирования экзопланеты или нагревшегося от теплового излучения звезды, тоже может истончить газовую оболочку, но на порядок медленнее, ближе к первому миллиарду лет жизни планеты. При любом действующем механизме, в случае если мини-нептун недостаточно массивен, он не сможет удержать свою атмосферу и «похудеет» до размеров суперземли.

В рассмотренной исследователями выборке возраст горячих мини-нептунов, найденных почти у каждой молодой звезды в скоплениях Яслей и Гиад, составлял от 600 до 800 миллионов лет. Значит, время, когда могло произойти фотоиспарение, уже прошло. Однако экзопланеты недостаточно старые, чтобы потерять массу за счет энергии ядра. При этом лишь четверть звезд старше 800 миллионов лет, наблюдаемых в том же обзоре К2, имела на орбите свой мини-нептун.

Тем самым, как полагают авторы статьи, для рассмотренных экзопланет более вероятен механизм потери массы из-за тепла их ядра, чем в результате фотоиспарения. Но ученые признали, что необходимы дальнейшие исследования, улучшающие понимание механизмов фотоиспарения и потери массы за счет энергии ядра, для выяснения точной причины наблюдаемого «разрыва в размерах» экзопланет.

Подробнее результаты исследования изложены в статье, опубликованной в журнале The Astronomical Journal.