Обнаружен новый механизм формирования суперземель

Международная группа астрономов обнаружила две молодые экзопланеты класса мини-нептун с активно испаряющейся атмосферой. Предполагается, что в результате этого процесса могут формироваться каменистые планеты земного типа.

Мини-нептуны, или газовые карлики — класс экзопланет, напоминающих по строению Нептун нашей Солнечной системы, но уступающих ему по массе. Такие планеты имеют твердое каменистое ядро и толстую газовую оболочку, в основном состоящую из водорода и гелия.

В двух недавних исследованиях (1, 2), опубликованных в одном выпуске журнала The Astronomical Journal, международная группа ученых сообщает об обнаружении двух молодых мини-нептунов, теряющих свою атмосферу под воздействием родительских звезд. Процесс испарения атмосферы газовых карликов удалось зафиксировать, основываясь на данных гавайской обсерватории Кека (W. M. Keck Observatory) и космического телескопа «Хаббл» (Hubble Space Telescope).

«Большинство астрономов подозревали, что атмосфера молодых маленьких мини-нептунов должна испаряться, — говорит Майкл Чжан (Michael Zhang), ведущий автор обоих исследований, аспирант Калифорнийского технологического института. — Но до сих пор никому и никогда не удавалось поймать сам процесс испарения».

Прямое наблюдение испарения атмосфер газовых карликов подтверждает одну из теорий формирования суперземель. Согласно ей, если мини-нептун достаточно мал и находится достаточно близко к родительской звезде, ее рентгеновское и ультрафиолетовое излучение способно лишить экзопланету первичной атмосферы в течение сотен миллионов лет. В результате процесса испарения на месте газового карлика остается суперземля — каменистая планета земного типа со значительно меньшим радиусом. В теории такая суперземля может сохранить остатки атмосферы, подобной той, что есть на нашей Земле.

Помимо самого факта испарения, астрономы заметили одну интересную особенность: газ из атмосферы мини-нептуна TOI 560.01, совершающего оборот вокруг родительского оранжевого карлика всего за 6,4 дня, уходит преимущественно в сторону звезды. Будущие наблюдения за другими мини-нептунами должны показать, можно ли назвать случай TOI 560.01 правилом или скорее аномалией.

Анимация того, как может выглядеть превращение мини-нептуна TOI 560.01 в суперземлю / ©Adam Makarenko (Обсерватория Кека)

«Это было неожиданно, так как большинство моделей предсказывают, что газ должен течь по направлению от звезды, — отмечает профессор планетарных наук Калифорнийского технологического института Хизер Кнутсон (Heather Knutson), консультант Чжана и соавтор исследования. — Нам еще многое предстоит узнать о том, что действительно происходит с этими потоками газа».

Свои особенности были и в системе HD 63433, состоящей из желтого карлика и двух мини-нептунов — HD 63433b и HD 63433c. В работе четко показано, что атмосфера HD 63433c с радиусом в 2,67 раза больше земного активно испаряется. В то же время второй мини-нептун HD 63433b (меньше первого и находящийся ближе к родительской звезде), вероятно, уже потерял свою первичную атмосферу.