На сьогоднішній день ідентифіковано і підтверджено понад 4000 екзопланет, що обертаються навколо зірок Чумацького Шляху. Серед них спостерігається цікава закономірність: існує дуже мало екзопланет розміром в 1,5-2 рази більше Землі. Але чому це відбувається?
Вчені з'ясували, що деякі планети з часом істотно зменшуються в розмірах, але справжню причину не може назвати ніхто
«Суть у тому, що планети - це не статичні сфери з гірських порід і газу, як ми звикли думати», - зазначив астрофізик Тревор Девід з Інституту Флетайрон у Нью-Йорку. Так званий невеликий розрив радіусу планет - це явище, вперше виявлене в 2017 році. Воно являє собою дивний проміжок розмірів екзопланет між двома їх класами - світами розміром з Землю і міні-Нептунами, які менше «нашого» Нептуна, але все ще мають дуже щільні атмосфери, подібні йому.
Вчені запропонували кілька можливих сценаріїв для пояснення цієї дивної аномалії. Одна з них полягає в тому, що одні планети, можливо, зовсім недавно сформувалися з хмар матеріалу, які занадто розріджені для створення атмосфери, подібної Нептуну. Однак основна теорія полягає в тому, що екзопланети спочатку були набагато більшими, а потім зменшилися через втрату атмосфери.
Ця ідея досліджувалася і раніше, але Девід і його команда додали в свій аналіз новий параметр: вік екзопланет, які формуються одночасно з їхніми зірками. Вчені вибрали групу екзопланет, розмір яких перевищував Землю не більше 10 разів, і провели аналіз їх показників з California-Kepler Survey, проекту з вимірювання точних властивостей екзопланет та їх зірок-батьків.
Ці дані дозволили зробити точну вибірку планет правильного розміру. Потім дослідники вирахували вік зірок, використовуючи їх хімічний склад і коливання світла - два основні показники, які пов'язані з віком зірки.
Наступним кроком був поділ систем на дві популяції - тих, хто молодше 2 мільярдів років, і тих, хто старше (Сонячній системі, для контексту, близько 4,6 мільярда років). Зробивши це, вчені виявили цікаву закономірність.
Справа в тому, що розрив у масах не абсолютний, і розподіл екзопланет у заданому проміжку залежав від їхнього віку. Для більш молодих зоряних систем проміжок був найсуттєвішим в області радіусу, порівнянного з 1,6 земного. Для більш старих систем він був цей показник становив 1,8 від радіусу Землі.
Дослідницька група інтерпретувала це так: деякі міні-Нептуни досить різко стискаються за мільярди років, втрачаючи свою атмосферу і в кінцевому підсумку зберігаючи тільки голе ядро - результат, який ми, швидше за все, і спостерігаємо у безлічі екзопланет. Однак вище певної критичної межі міні-Нептуни володіють достатньою масою, щоб гравітаційно утримувати свої атмосфери, що і призводить до спостережуваного зазору в радіусах планет.
Що ж викликає втрату атмосфери? Один із запропонованих сценаріїв - бомбардування астероїдами. Дослідники дійшли висновку, що з урахуванням того, що спостережуваний процес займає мільярди років, це малоймовірно; подібний вплив зруйнує атмосферу в набагато коротші терміни, менше 100 мільйонів років.
Залишаються два основних варіанти. Перший - фотоіспаріння, коли близької відстані між зіркою і планетою достатньо, щоб випромінювання зірки розірвало атмосферу. Другий - охолодження ядра, коли тепло, що виходить з ядра планети, потрапляє в атмосферу і допомагає позбутися його зсередини.
Ці два різних процеси відбуваються в різних часових масштабах, і обидва відповідають спостереженням команди. В даний час, за словами команди, потрібен додатковий аналіз, щоб визначити, що саме стискає екзопланети.