Пространства Вселенной полны загадок, но ни одна из них не интригует больше, чем разнообразные экзопланеты, вращающиеся вокруг звезд за пределами нашей Солнечной системы. Эти далекие миры, от скалистых образований до газовых гигантов, представляют собой своеобразную загадку: заметное отсутствие планет размером в 1,5–2 раза больше Земли, расположенных между скалистыми суперземлями и газообразными субнептунами.

Теперь новаторское исследование с использованием данных бывшего космического телескопа НАСА «Кеплер» может дать ответы. Это исследование, проведенное Джесси Кристиансен из Калифорнийского технологического института/IPAC, предлагает понимание того, почему существует этот разрыв. Ключ? Процесс, влияющий на атмосферы планет.

«Учёные-экзопланетчики теперь имеют достаточно данных, чтобы сказать, что этот разрыв не является случайностью. Что-то происходит, что мешает планетам достигать и/или оставаться такого размера», — сказал Кристиансен.

Исследование предполагает, что некоторые субнептуны теряют свою атмосферу, что приводит к их сжатию. Это явление может быть связано с недостаточной массой и, следовательно, недостаточной силой гравитации для удержания этих газовых слоев.

Два основных явления объясняют эту потерю атмосферы:

• Потеря массы на базе ядра . Этот процесс включает в себя излучение горячего ядра планеты, которое со временем отталкивает атмосферу. Представьте себе ядро ​​планеты, действующее как внутренняя печь, постепенно вытесняющая ее атмосферный слой.
• Фотоиспарение . Напротив, фотоиспарение происходит, когда атмосфера планеты разрушается интенсивным излучением ее родительской звезды. Думайте об этом как о космическом фене, растапливающем кубик льда.

Чтобы различить эти два механизма, команда Кристиансена наблюдала звездные скопления Празепе и Гиады, возраст которых составляет от 600 до 800 миллионов лет. Эти звездные скопления, относительно молодые по космическим меркам, служат прекрасными лабораториями для изучения эволюции планет. В планетологии предполагается, что планеты обычно так же стары, как и их звезды-хозяева. Таким образом, субнептуны, вращающиеся вокруг этих звезд, предоставляют уникальную возможность изучать планеты на определенном этапе их жизненного цикла.

Результаты были поразительными. Почти 100% звезд в Пресепе и Гиадах все еще имели планеты субнептуна или планеты-кандидаты, вращающиеся вокруг них. Этот высокий уровень удержания субнептунов резко контрастировал с более старыми звездными скоплениями, наблюдаемыми миссией НАСА K2, где только 25% звезд возрастом более 800 миллионов лет имели вращающиеся вокруг субнептунов. Вывод был ясен: фотоиспарение, которое происходит гораздо раньше в жизни планет (в первые 100 миллионов лет), не могло быть основной причиной потери атмосферы для этих более молодых субнептунов.

Это убедительно указывает на то, что потеря массы за счет энергии ядра является более вероятным объяснением наблюдаемого разрыва в размерах. Ранее астрономы сходились во мнении, что фотоиспарение играло более важную роль на ранних стадиях эволюции экзопланеты. Масштаб удержания атмосферы, наблюдаемый в более молодых звездных скоплениях, таких как Презепе и Гиады, указывает на другую историю.

Хотя это исследование знаменует собой значительный шаг в понимании экзопланет, оно является лишь частью большой космической головоломки. Кристиансен отмечает, что исследование продолжается, и будущие исследования проверят эти выводы.

Результаты появились в Астрономический журнал .