Астрономи за допомогою наземних і космічних телескопів виявили два міні-нептуни, які під дією випромінювання своїх зірок активно втрачають атмосфери, перетворюючись на суперземлі, також вчені оцінили швидкість втрати маси. Результати спостережень повинні допомогти пояснити спостережуваний розподіл властивостей двох популяцій субнептунів і їх походження. Статті (1, 2) опубліковано в
Серед близьких до Сонця екзопланет переважають об'єкти з радіусом від 1 до 4 радіусів Землі, звані субнептунами. Невеликі субнептуни (1-1,7 радіусу Землі) можуть володіти об'ємним складом, подібним Землі, і стали позначатися як суперземлі, в той час як більш великі субнептуни (2-3 радіуса Землі) стали міні-нептунами. Останні володіють низькою об'ємною щільністю, що вказує на присутність багатих летючими речовинами зовнішніх оболонок. Обидві цих популяції субнептунів створюють у розподілі екзопланет два піку, розділених проміжком, де відомо лише кілька екзопланет.
Передбачається, що субнептуни спочатку володіли багатими воднем оболонками, які потім були зірвані з найменш масивних і найбільш сильно схильних до потужного випромінювання з боку своїх зірок екзопланет такого типу. Механізмом видалення атмосфери може стати фотоіспаріння або ж молоді планети можуть втрачати атмосферу за рахунок власної внутрішньої світності. Однак можливо, що субнептуни не втрачали атмосферу, а спочатку не акреціювали на свої ядра газ, якщо маса ядер була невеликою. Також можливо, що деякі міні-нептуни володіють зовнішніми оболонками, багатими не воднем, а водою, що різко змінює темпи втрати атмосфери.
Дві групи вчених на чолі з Майклом Чжаном (Michael Zhang) з Каліфорнійського технологічного інституту опублікували результати аналізу даних спостережень за трьома міні-нептунами за допомогою наземної обсерваторії Кека і космічних телескопів «Хаббл», ROSAT і XMM-Newton. Метою вчених було поспостерігати транзити екзопланет по диску своєї зірки і порівняти дані спостережень з моделями, щоб їх перевірити.
Першою метою спостережень стала близька до Сонця (73 світлових роки), молода (414 мільйони років) сонцеподібна зірка HD 63433, що входить до рухомої групи Великої Ведмедиці. Зірка демонструє виключно високу рентгенівську світність і володіє двома міні-нептунами. Радіус HD 63433c оцінюється в 2,67 радіусу Землі, а рік на ній триває 20,5 днів. Радіус HD 63433b оцінюється в 2,15 радіуса Землі, а рік на ній триває 7,1 дня.
Вчені визначили, що планети сильно відрізняються одна від одної. HD 63433c могла на поточний момент зберегти первинну атмосферу з водню і гелію, а HD 63433b - вже ні. Швидкість втрати маси оцінюється в 0,11 маси Землі за мільярд років (у разі HD 63433c) і в 0,35 маси Землі за мільярд років (у разі HD 63433b). Водень поблизу зовнішньої планети рухається зі швидкістю 50 кілометрів на секунду, а газова оболонка навколо неї в 12 разів більша за радіус екзопланети. Що ж стосується внутрішньої планети, то якщо вона являє собою кам'яне ядро, воно повинно бути незвично масивним, проте екзопланета також може бути багатою водою і володіти атмосферою, що складається з молекул з високою масою. Встановити це допоможуть майбутні спостереження за допомогою «Хаббла» і «Джеймса Вебба».
Другою метою спостережень стала молода (600 мільйонів років) карликова зірка HD 73583 спектрального класу К, що знаходиться на відстані 103 світлових роки від Сонця. Навколо нього обертається два міні-нептуни. Спостереження дозволили астрономам встановити, що внутрішня екзоплан TOI 560.01 (HD 73583b), що володіє радіусом 2,8 радіусу Землі та орбітальним періодом 6,4 дні, втрачає атмосферу. Гелій поблизу неї рухається зі швидкістю 20 кілометрів на секунду, а газова оболонка навколо екзопланети в 3,5 рази більше її радіусу. HD 73583b втрачає гелій зі швидкістю 0,22 маси Землі за мільярд років і, як вважають вчені, знаходиться на критичному етапі своєї еволюції, коли міні-нептуни перетворюються на суперземлі.
Раніше ми розповідали про те, як TESS відшукав теплий нептун у подвійній системі з червоних карликів і розпухлий супернептун не вписався в теорії формування екзопланет.
Від редактора
Спочатку в новині швидкість втрати маси була вказана в масах Сонця за мільярд років, що некоректно - правильним варіантом будуть маси Землі за мільярд років.