Газообразные мини-Нептуны могут превратиться в скалистые суперземли, когда они потеряют свою атмосферу. Теперь астрономы уловили этот процесс в действии.
Астрономы, похоже, разгадали давнюю тайну, окружающую самые распространенные планеты Вселенной. Используя обсерваторию Кека и космический телескоп Хаббла, команда, возглавляемая исследователями из Калифорнийского технологического института, поймала две планеты, называемые мини-Нептунами, которые, по-видимому, находятся в процессе превращения в суперземли.
В нашей собственной солнечной системе планеты можно аккуратно разделить на маленькие, скалистые миры или гигантские, газообразные. Настоящим сюрпризом из нашей коллекции открытий экзопланет до сих пор является то, что до 80% планет имеют размеры, которые находятся где-то посередине.
В свою очередь, эти средние миры можно разделить на два типа: скалистые суперземли между 1 и 1,75 радиусами Земли и мини-Нептуны между 2 и 4 радиусами Земли. Наши лучшие теории формирования планет до сих пор изо всех сил пытались объяснить их существование. Еще более загадочно то, что астрономы также были озадачены тем, почему существует очень мало планет между радиусами 1,75 и 2 Земными — что-то, называемое разрывом Фултона.
Теперь, наконец, мы могли бы получить ответы: Суперземли и мини-Нептуны могут быть одной и той же планетой, только на разных этапах своей жизни. Первоначально планета собирает много газа из диска материала, в котором она образовалась. Затем, со временем, интенсивное ультрафиолетовое и рентгеновское излучение от их звезды-хозяина удаляет эту атмосферу, обнажая скалистый мир внизу.
“Большинство астрономов подозревали, что молодые маленькие мини-Нептуны должны иметь испаряющуюся атмосферу”, — говорит ведущий исследователь Майкл Чжан (Калифорнийский технологический институт). “До сих пор никто никогда не ловил их в процессе этого».
Команда взяла спектры рассматриваемых планет, TOI 560,01 (на расстоянии 103 световых лет) и HD 63433c (на расстоянии 73 световых лет), когда они проходили перед своими звездами-хозяевами. Чжан и его команда заметили газ, выходящий из обоих миров, измерив гелий, уносящийся от TOI 560,01 со скоростью 20 километров в секунду (45 000 миль в час), и водород из HD 63443c, движущийся со скоростью 50 километров в секунду. Результаты опубликованы в двух статьях в Астрономическом журнале.
Это не открытый и закрытый случай, потому что он может не относиться ко всем мини-Нептунам и суперземлям. Возможно, некоторые суперземли образуются сразу и никогда не собирают достаточно газа, чтобы взорваться в первую очередь. Тем не менее, Бьорн Беннеке (Монреальский университет), который не принимал участия в этом исследовании, говорит, что эти мини-нептуны, сбрасывающие атмосферу, являются “значительным открытием».
Такой быстрый поток газа может объяснить, почему мы видим очень мало планет в промежутке Фултона. “У планеты в промежутке было бы достаточно атмосферы, чтобы увеличить ее радиус, что позволило бы ей перехватывать больше звездного излучения и тем самым обеспечить быструю потерю массы”, — говорит Чжан. «Но атмосфера достаточно разрежена, чтобы она быстро терялась … Планета не задержалась бы в промежутке надолго”.
Учитывая, что эти миры среднего размера составляют такую огромную часть переписи экзопланет, Беннеке говорит, что “понимание истории их формирования и эволюции абсолютно важно для развития фундаментального понимания планет в целом». Далее он добавляет, что эти результаты “представляют собой критический первый шаг на пути к наблюдательному исследованию процесса потери массы, который, вероятно, приведет к переходу от мини-Нептуна к Суперземле”.
Эти предварительные первоначальные наблюдения уже преподносят сюрпризы. Гелий с TOI 560.01, похоже, улетучивается к своей звезде.
“Большинство моделей предсказывают, что газ должен удаляться от звезды”, — говорит член команды Хизер Кнутсон. “Нам еще многое предстоит узнать о том, как работают эти оттоки”.
По мере того как астрономы лучше узнают наших экзопланетных соседей, они продолжают удивляться.
“Эти экзотические миры постоянно удивляют нас новой физикой, которая выходит за рамки того, что мы наблюдаем в нашей Солнечной системе”, — добавляет Кнутсон.
Учитывая, насколько распространены эти экзопланеты, возможно, в конце концов, именно мы являемся настоящими чудаками.
