Уменьшающиеся планеты могут объяснить тайну пропавших миров
Изучая данные космического телескопа Кеплера, исследователи Института Флэтайрон обнаружили, что сокращение планет за миллиарды лет, вероятно, объясняет многолетнюю загадку: недостаточное количество планет примерно вдвое больше Земли, - пишет sciencesources.eurekalert.org со ссылкой на The Astronomical Journal. В то время как миссии по поиску планет открыли тысячи миров, вращающихся вокруг далеких звезд, существует серьезная нехватка экзопланет, которые имеют размер от 1,5 до двух радиусов Земли. Это золотая середина между каменистыми суперземлями и более крупными планетами с газовой оболочкой, называемыми мини-Нептунами. С момента обнаружения этого «радиуса разрыва» в 2017 году ученые пытались выяснить, почему существует так мало небесных тел среднего размера.
Новая подсказка возникла из нового взгляда на данные. Группа исследователей во главе с Тревором Дэвидом из Института Флэтайрон исследовала, изменяется ли зазор радиуса с возрастом планет. Они разделили экзопланеты на две группы - молодые и старые - и пересмотрели разрыв. Они обнаружили, что наименее распространенные радиусы планет из младшего набора были в среднем меньше, чем наименее распространенные радиусы из старшего набора. В то время как наименьший размер для более молодых планет был примерно в 1,6 раза больше радиуса Земли, это примерно в 1,8 раза больше радиуса Земли в более старом возрасте.
Следствием этого, как предполагают исследователи, является то, что некоторые мини-Нептуны резко сжимаются за миллиарды лет, поскольку их атмосфера утекает, оставляя после себя только твердое ядро. Теряя свой газ, мини-Нептуны «перепрыгивают» через разрыв радиуса планеты и становятся суперземлями. Со временем зазор в радиусе смещается по мере того, как все большие и большие мини-Нептуны совершают прыжок, превращаясь в все большие и большие суперземли. Другими словами, разрыв - это пропасть между суперземлями наибольшего размера и мини-Нептунами наименьшего размера, которые все еще могут сохранять свою атмосферу.
«Суть в том, что планеты не являются статичными сферами из горных пород и газа, как мы иногда думаем о них», - говорит Дэвид, научный сотрудник Центра вычислительной астрофизики (CCA) Института Флэтайрон в Нью-Йорке. Согласно некоторым моделям, существующие планеты в начале своей жизни были в 10 раз больше. Полученные данные показывают, что планеты динамичным по двум причинам: остаточное тепло от планетных образований и интенсивное излучение родительских звезд. Оба явления добавляют энергии в атмосферу планеты, заставляя газ улетучиваться в космос. «Вероятно, оба эффекта важны, - говорит Дэвид, - но нам понадобятся более сложные модели, чтобы определить, насколько сильно и в какой момент времени каждый из них вносит свой вклад» в рамках жизненного цикла планеты».
В новом исследовании использовались данные, собранные космическим аппаратом Кеплер, который измерял свет от далеких звезд. Когда экзопланета движется между звездой и Землей, наблюдаемый свет звезды тускнеет. Анализируя скорость вращения планеты вокруг своей звезды, размер звезды и степень затемнения, астрономы могут оценить размер экзопланеты. Эти анализы в конечном итоге привели к открытию радиуса зазора.
Ученые ранее предложили несколько потенциальных механизмов создания разрыва, причем каждый процесс происходит в разном временном масштабе. Некоторые полагали, что разрыв возникает во время формирования планет, когда некоторые планеты образуются без достаточного количества соседнего газа, чтобы увеличиться в размерах. В этом сценарии радиус планеты и, следовательно, разрыв радиуса будут отпечатаны при рождении. Другая гипотеза заключалась в том, что столкновения с космическими камнями могут разрушить плотную атмосферу планеты, не позволяя более мелким планетам накапливать много газа. Этот механизм столкновения займет от 10 до 100 миллионов лет.
Другие потенциальные механизмы требуют больше времени. Одно из предположений заключается в том, что интенсивное рентгеновское и ультрафиолетовое излучение звезды-хозяина планеты со временем удаляет газ. Этот процесс, называемый фотоиспарением, для большинства планет займет менее 100 миллионов лет, но для некоторых может занять миллиарды лет. Другое предположение состоит в том, что остаточное тепло от образования планеты медленно добавляет энергии в атмосферу планеты, заставляя газ уходить в космос в течение миллиардов лет.
