Суперземли породнили с субнептунами
Французские планетологи выяснили, что суперземли и богатые водой субнептуны могут принадлежать к одному семейству планет. При этом среди субнептунов могут быть планеты с водной оболочкой в сверхкритическом состоянии, в то время как раньше считалось, что большинство планет этого класса имеют богатую водородом и гелием атмосферу. Статья опубликована в The Astrophysical Journal Letters.
Среди более 4000 известных к настоящему времени экзопланет больше половины — это небольшие планеты с радиусами от 1 до 3,9 земных. Самые интересные и загадочные с точки зрения происхождения из них — это субнептуны (планеты с радиусом больше 1,6 земного, меньшей, чем у Земли, плотностью и периодом обращения менее 100 дней): принято считать, что они состоят из твердого ядра и богатой водородом и гелием газовой оболочки, масса которой может составлять до 30 процентов от массы планеты.
Кроме того, спектроскопические исследования показывают наличие в атмосферах некоторых субнептунов водяного пара. Его уже обнаруживали, например, в атмосфере планеты K2-18b, обращающейся за 33 дня вокруг красного карлика в созвзедии Льва на расстоянии 111 световых лет от Солнечной системы, а также в атмосфере HAT-P-26b, которая делает оборот вокруг оранжевого карлика в созвездии Девы за четыре с небольшим дня.
Чтобы разобраться в вопросе происхождения субнептунов подробнее, Оливье Муси (Olivier Mousis) из французского Университета Экс-Марсель и его коллеги сопоставили две уже существующие модели: модель внутреннего строения планет земного типа и модель атмосферы, в которой преобладает водяной пар. На основе этого они разработали модель, которая объясняет происхождение субнептунов и суперземель.
Ученые предположили, что планетезимали, из которых сформировались небольшие планеты, родились в холодных регионах протопланетных дисков, и поэтому содержали значительное количество водяного льда. В дальнейшем эти тела мигрировали во внутреннюю, находящуюся ближе к родительской звезде, область диска. Исследователи отмечают, что в Солнечной системе широко распространены содержащие воду тела — например, Европа, Титан, Энцелад, Плутон — а те планетезимали, из которых сформировались Нептун и Уран, тоже, скорее всего, были насыщены водой.
Находясь рядом с сильным источником излучения — звездой — и испытывая парниковый эффект в атмосфере, богатые водой небольшие планеты могут сформировать сильно раздутую гидросферу в сверхкритическом состоянии, в котором исчезают различия между жидкой и газовой фазой. В результате их радиус больше, чем у похожих тел, которые находятся дальше от звезды и бедны водой. Интересно, что экзопланеты, которые точно отвечают массе и радиусу Нептуна, согласно разработанной модели могут быть соотнесены с океаническими планетами, которые содержат до 70 процентов воды в сверхкритическом состоянии — в зависимости от типа родительской звезды и расстояния от звезды до планеты.
Планетологи отметили, что разработанную ими модель можно усовершенствовать, если провести более детальный анализ атмосфер экзопланет, однако полагают, что наличие субнептунов с гидросферой в сверхкритическом состоянии представляет собой интересную альтернативу существующей концепции, в которой друг другу противопоставлены планеты земного типа и планеты-гиганты, богатые водородом и гелием.
Ранее мы рассказывали о том, как астрономы обнаружили «неправильный» субнептун и о том, как молодой горячий нептун мигрировал ближе к своей звезде.
Евгения Скареднева
Они находятся в маломассивных рентгеновских двойных системах
Астрономы на основе наблюдений за пульсаром PSR J1023+0038 определили механизм переключения переходных миллисекундных пульсаров между режимами активности. Предполагается, что он связан с взаимодействием между пульсарным ветром и внутренней частью аккреционного диска, а также с выбросами вещества. Статья опубликована в журнале Astronomy&Astrophysics. После рождения нейтронные звезды обладают очень высокой скоростью вращения, которая постепенно уменьшается со временем. Однако астрономам известны миллисекундные пульсары, представляющие собой быстровращающиеся нейтронные звезды, которые находятся в маломассивных рентгеновских двойных системах и раскручиваются до миллисекундных периодов вращения за счет аккреции вещества звезды-компаньона. Этот эволюционный путь состоит из нескольких стадий, одна из которых представлена переходными миллисекундными пульсарами — очень редкими и плохо изученными объектами. Они могут находиться в двух состояниях: радиопульсар (объект порождает импульсы радиоволн) и активный режим (нейтронная звезда ярко излучает в рентгеновском диапазоне, аккрецируя вещество из диска вокруг нее). В активном режиме ученые выделяют два состояния — высокий уровень активности, который возникает чаще всего и характеризуется пульсациями рентгеновского, ультрафиолетового и оптического излучения от пульсара, и низкий уровень активности, когда пульсаций нет. Астрофизиков очень интересует, каким образом эти режимы возникают и почему непредсказуемо меняются. Группа астрономов во главе с Марией Кристиной Бальо (Maria Cristina Baglio) из Нью-Йоркского университета в Абу-Даби опубликовала результаты мультиволновых наблюдений за переходным миллисекундным пульсаром PSR J1023+0038, проведенных в июне 2021 года при помощи наземных и космических телескопов, таких как NuSTAR, XMM-Newton, «Хаббл», VLT, ALMA, VLA, NTT и FAST. PSR J1023+0038 был обнаружен в 2007 году как пульсар с периодом вращения 1,69 миллисекунды, обращающийся вокруг маломассивной звезды-компаньона (около 0,2 массы Солнца) за 4,75 часа. В 2013 году он перешел в режим высокого уровня активности, демонстрируя признаки формирования аккреционного диска. Данные наблюдений позволили астрономам построить физическую модель переключения миллисекундного пульсара между режимами активности. Во время высокого уровня активности существует ударная волна между ветром от пульсара и внутренним аккреционным потоком, где возникает большая часть рентгеновского излучения, а также рентгеновские, ультрафиолетовые и оптические пульсации. При этом самая внутренняя область усеченного, геометрически тонкого аккреционного диска, заменяется радиационно неэффективным, геометрически толстым потоком, а падающее на пульсар вещество втягивается в магнитное поле и ускоряется, образуя компактный джет из плазмы, которая выбрасывается наружу. Переход в режим низкого уровня активности инициируется дискретными выбросами вещества поверх джета вдоль оси вращения пульсара, что приводит к угасанию пульсаций. В таком состоянии пульсарный ветер все еще способен проникнуть в аккреционный диск и инициировать возникновение джета. Затем поток вещества из аккреционного диска может вновь заполнить область вблизи пульсара и он перейдет высокий режим активности. Ранее мы рассказывали о том, как ученые впервые увидели гамма-затмения пульсаров-«черных вдов» и напрямую измерили скорость собственного движения пульсара.