Предсказано существование гелиевых планет

Астрономы Мичиганского и Чикагского университетов предсказали существование гелиевых планет, возникающих в результате эволюции субнептунов — гигантских экзопланет, которые в размерах уступают Нептуну. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Известно, что планеты с радиусом меньшим, чем у Нептуна, обращающиеся вокруг родительских звезд менее чем за сто лет, встречаются в 10 раз чаще, чем планеты, которые больше Нептуна. Однако ученые почти не встречают планеты с радиусом от 1,5 до 2 радиусов Земли, но при этом наблюдают множество объектов с радиусами около 1,3 и 2,4 радиуса Земли. Такое бимодальное распределение размеров субнептунов долгое время представляло загадку для астрономов, поскольку не была понятна природа долины между двумя пиковыми значениями радиусов этого класса экзопланет.

Почти все немногие экзопланеты, находящиеся в так называемой долине радиусов, имеют низкую среднюю плотность, что объясняется наличием объемных газовых оболочек с высокими массовыми долями водорода и гелия. Согласно одному из сценариев, эти оболочки подвергаются воздействию ионизирующего излучения от родительских звезд и тепловой энергии, выделяемой ядрами. При этом гравитационное притяжение планеты слишком мало, чтобы препятствовать потере массы, поэтому в конечном итоге от них остаются голые скалистые ядра.

Альтернативная гипотеза предполагает, что крупные водные миры, которые изначально образовались на снеговой линии (области, где вода существует в виде льда), мигрируют ближе к звезде. Это создает второй пик, тогда как первый пик образован скалистыми планетами, сформировавшимися вблизи родительского светила.

Ученые провели моделирование 70 тысяч субнептунов, варьируя их размеры, типы родительских звезд и температуру атмосферы, чтобы оценить, как внутреннее тепло и радиация влияет на газовые оболочки. Оказалось, что реализуется сценарий испарения газовых оболочек, при этом планеты теряют больше водорода, чем гелия. Таким образом, субнептуны с радиусом 1,6-2,5 радиуса Земли должны иметь атмосферы, которые на 40 процентов состоят из гелия.

Если эта теория верна, планеты с богатой гелием атмосферой должны быть особенно распространены среди планет второго пика, обладающими размерами, близкими к верхней границе долины радиусов. Гелий накапливается по мере того, как субнептун теряет свою атмосферу, уменьшаясь в размерах. Это могут подтвердить будущие наблюдения, которые будут проводиться с помощью телескопа Джеймса Уэбба.