«Хаббл» разглядел стремительно исчезающий горячий нептун

С помощью телескопа «Хаббл» ученые подтвердили гипотезу о быстротечности жизни жарких экзопланет среднего размера. Группа исследователей обнаружила новую экзопланету размером с Нептун, которая невероятно быстро теряет свою массу. Кратко об исследовании рассказывается на сайте телескопа «Хаббл». Результаты опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.

Горячий нептун в представлении художника
NASA

До недавнего времени ученые сталкивались с необъяснимой тенденцией: экзопланеты, которые вращаются в непосредственной близости от своей звезды, имеют странный разброс по размерам. Тут попадаются либо планеты размером с Юпитер, либо суперземли, радиус которых не превышал 1,5 земного. Планеты же среднего размера, нептуноподобные, встречаются только на относительном удалении от светила. Это позволяет предполагать, что такие планеты существовали, в разных системах, но уже по каким-то причинам исчезли. Одной из задач в области изучения экзопланет до недавнего времени было доказательство или опровержение этого предположения.

Несколько лет назад астрономы при помощи телескопа «Хаббл» зафиксировали, что один из самых теплых из известных нептунов (GJ 436b) теряет свою атмосферу. Однако это происходит не с той скоростью, чтобы в короткие по астрономическим меркам планета исчезла (срок ее жизни оценивается в 400 миллиардов лет). Теперь же ученые обнаружили и исследовали другой горячий нептун, GJ 3470b, который теряет массу со скоростью в 100 раз большей, чем его предшественник GJ 436b. Обе планеты находятся очень близко к своим звездам, на расстоянии около шести миллионов — это одна десятая расстояния между Меркурием и Солнцем.

Как и в случае ранее обнаруженного GJ 436b, интенсивное излучение звезды нагревает атмосферу планеты GJ 3470b до точки, в которой она преодолевает гравитационное притяжение, атмосфера раздувается и «стекает» с планеты. Вследствие этого вокруг планеты образуется гигантское каплевидное облако, которое со временем рассеивается в космосе. Одна из причин, по которой GJ 3470b испаряется в разы быстрее, чем GJ 436b, заключается в том, что его плотность значительно меньше, поэтому его атмосфера гравитационно гораздо менее стабильна.

Более того, звезде, в системе которой находится GJ 3470b, всего два миллиарда лет, в отличие от звезды, вокруг которой вращается планета GJ 436b — ей, по разным оценкам, от четырех до восьми миллиардов лет. Молодая звезда более активна, поэтому она бомбардирует планету более сильной радиацией, чем получает GJ 436b.

Ученые изучили плотностные характеристики GJ 3470b и сделали вывод, что его атмосфера может быть богата водородом и гелием. Для подтверждения этого предположения астрономы использовали спектрограф «Хаббла», чтобы обнаружить ультрафиолетовое излучение водорода. В результате исследователи обнаружили, что в период прохождения планетой отрезка орбиты, наиболее приближенного к звезде (перигей), ее оболочка начинает растягиваться, формируется шлейф длиной в несколько миллионов километров.

По оценкам авторов статьи, планета таким образом потеряла целых 35 процентов своего материала за время своего существования, к тому же она, вероятно, теряла массу еще быстрее, когда ее звезда была моложе и излучала сильнее. Если планета продолжит быстро терять массу, она сократится до мининептуна через несколько миллиардов лет (мининептуны характеризуются плотной атмосферой, а их радиус обычно не более чем в два раза превышает земной).

Водород, вероятно, не единственный элемент, подвергающийся «утечке». Исследователи планируют использовать «Хаббл» для поиска элементов, более тяжелых, чем водород и гелий, которые могли покинуть планету вместе с водородом. «Мы считаем, что водород может притягивать из нижней атмосферы и более тяжелые элементы, такие как углерод», — говорит руководитель исследования Винсент Бурье.

Обнаружение нового горячего нептуна пока подтверждает гипотезу о том, что жизнь горячих экзопланет среднего размера очень быстротечна. Теряя большую часть своей массы, они становятся мининептунами, после чего могут уменьшиться еще больше, чтобы стать суперземлями. Наблюдение за двумя горячими нептунами оправдало прогнозы и предположения ученых, но авторы отмечают, что у продолжения этого исследования туманные перспективы. Они ограничены прежде всего невозможностью применить метод ультрафиолетового сканирования водорода в атмосфере экзопланет на расстояниях более 150 световых лет. При этом обнаружение горячего нептуна — настолько редкое событие, что ученые не уверены, существуют ли еще такие планеты в непосредственной близости от Солнечной системы.

Недавно в атмосфере одной из экзопланет впервые обнаружили гелий. Авторы отмечают, что это открытие может расширить спектр изучения экзопланет и, возможно, поможет найти новые горячие нептуны.