Дані NASA показують можливу причину того, що деякі екзопланети зменшуються

Нове дослідження може пояснити «відсутні» екзопланети між суперземлями та субнептунами. Деякі екзопланети, здається, втрачають свою атмосферу та зменшуються. У новому дослідженні з використанням знятого з експлуатації космічного телескопа Кеплер NASA астрономи знайшли докази можливої ​​причини: ядра цих планет відштовхують свою атмосферу зсередини назовні. Дослідження опубліковано в The Astronomical Journal.

Екзопланети (планети за межами нашої Сонячної системи) бувають різних розмірів, від маленьких скелястих планет до колосальних газових гігантів. Посередині лежать скелясті суперземлі та більші субнептуни з пухкими атмосферами. Але існує очевидна відсутність — «розрив у розмірі» — планет, розміри яких у 1,5-2 рази перевищують Землю (або між супер-Землею та суб-Нептуном), яку вчені намагалися краще зрозуміти.

«Наразі вчені підтвердили виявлення понад 5000 екзопланет, але планет менше, ніж очікувалося, діаметр яких у 1,5-2 рази перевищує діаметр Землі», — сказала Джессі Крістіансен, дослідник Каліфорнійського технологічного інституту/ІПАК, науковий керівник Архіву екзопланет НАСА. автор нового дослідження. «Наразі вчені-екзопланети мають достатньо даних, щоб сказати, що цей розрив не є випадковістю. Щось відбувається, що заважає планетам досягати та/або залишатися на такому розмірі».

Дослідники вважають, що цей розрив можна пояснити тим, що певні субнептуни з часом втрачають свою атмосферу. Ця втрата станеться, якщо планета не матиме достатньої маси, а отже, і сили тяжіння, щоб утримувати свою атмосферу. Тож субнептуни, які є недостатньо масивними, зменшаться приблизно до розмірів суперземлі, залишаючи розрив між двома розмірами планет.

Але як саме ці планети втрачають свою атмосферу, залишається загадкою. Вчені зупинилися на двох ймовірних механізмах: один називається втратою маси, що живиться ядром ; а інший – фотовипаровування. Дослідження виявило нові докази на підтримку першого.

Це відео пояснює відмінності між основними типами екзопланет або планет за межами нашої Сонячної системи. Авторство: NASA/JPL-Caltech

Розгадка таємниці

Втрата маси, викликана ядром, відбувається, коли радіація, що випромінюється з гарячого ядра планети, з часом відштовхує атмосферу від планети, «і ця радіація тисне на атмосферу знизу», — сказав Крістіансен. Інше провідне пояснення планетарної щілини, фотовипаровування, відбувається, коли атмосфера планети по суті здувається гарячим випромінюванням зірки-господаря. За цим сценарієм «високе енергетичне випромінювання від зірки діє як фен на кубик льоду», — сказала вона.

У той час як вважається, що фотовипаровування відбувається протягом перших 100 мільйонів років існування планети, вважається, що втрата маси, викликана ядром, відбувається набагато пізніше — ближче до 1 мільярда років життя планети. Але з будь-яким механізмом, «якщо у вас недостатньо маси, ви не можете втриматися, і ви втрачаєте свою атмосферу та стискаєтеся», додав Крістіансен.

Для цього дослідження Чістіансен та її співавтори використали дані К2 NASA, розширеної місії космічного телескопа Кеплера, щоб розглянути зоряні скупчення Praesepe і Hyades, яким від 600 до 800 мільйонів років. Оскільки зазвичай вважають, що планети мають такий самий вік, як і їхні зірки, субнептуни в цій системі пережили б вік, коли могло відбутися фотовипаровування, але недостатньо старі, щоб відчути втрату маси, викликану ядром.

Отже, якби команда побачила, що в Пресепі та Гіадах було багато субнептунів (порівняно зі старшими зірками в інших скупченнях), вони могли б зробити висновок, що фотовипаровування не відбулося. У такому випадку втрата маси, що живиться ядром, була б найімовірнішим поясненням того, що з часом відбувається з менш масивними субнептунами.

Під час спостережень за Praesepe та Hyades дослідники виявили, що майже 100% зірок у цих скупченнях все ще мають планети субнептунові або кандидати на планети на своїй орбіті. Судячи з розміру цих планет, дослідники вважають, що вони зберегли свою атмосферу.

Це відрізняється від інших, старіших зірок, які спостерігав K2 (зірки віком понад 800 мільйонів років), лише 25% з яких мають субнептунові орбіти. Більш старший вік цих зірок ближче до часових проміжків, за які, як вважають, має місце втрата маси, викликана ядром.

З цих спостережень команда дійшла висновку, що фотовипаровування не могло відбутися в Praesepe і Hyades. Якби це було так, це сталося б на сотні мільйонів років раніше, і на цих планетах залишилося б небагато атмосфери, якби взагалі залишилося. Це робить втрату маси, викликану ядром, основним поясненням того, що, ймовірно, станеться з атмосферами цих планет.

Команда Крістіансена витратила більше ніж п’ять років на створення каталогу кандидатів на планети, необхідного для дослідження. Але, за її словами, дослідження ще далекі від завершення, і цілком можливо, що нинішнє розуміння фотовипаровування та/або втрати маси, викликаної ядром, може розвиватися. Висновки, ймовірно, будуть перевірені майбутніми дослідженнями, перш ніж хтось зможе оголосити, що таємниця цієї планетарної прірви розкрита раз і назавжди.

Це дослідження було проведено з використанням Архіву екзопланет НАСА, яким керує Каліфорнійський технологічний інститут у Пасадені за контрактом з НАСА в рамках Програми дослідження екзопланет, яка знаходиться в Лабораторії реактивного руху НАСА в Південній Каліфорнії. JPL є підрозділом Caltech.