Распухший супернептун не вписался в теории формирования экзопланет
Астрономы при помощи наземных телескопов уточнили физические параметры супернептуна WASP-107b. Оказалось, что он обладает необычно массивной атмосферой, а средняя плотность экзопланеты в несколько раз меньше плотности воды. Это говорит о том, что астрономам придется пересмотреть теории образования экзопланет, в частности газовых гигантов. Статья опубликована в журнале The Astronomical Journal.
На сегодняшний день астрономам известно о существовании нескольких тысяч экзопланетных систем, что привело к возникновению ряда новых вопросов, касающихся процессов образования планет. Например, механизмы образования, эволюции и миграции горячих юпитеров и субнептунов плохо вписываются в текущие теории, которые изначально были разработаны исключительно на основе данных наблюдений за планетами Солнечной системы. Ученым интересно также разобраться с границей между ледяными и газовыми гигантами, для этих исследований нужны наблюдения за экзопланетами, массы которых находятся в промежутке между массами Нептуна и Сатурна.
Группа астрономов во главе с Кэролайн Пиаулет (Caroline Piaulet) из Института исследований экзопланет в Монреале опубликовала результаты анализа данных спектроскопических наблюдений за экзопланетой WASP-107b при помощи инструмента CORALIE, установленного на телескопе Леонарда Эйлера и HIRES (High Resolution Echelle Spectrometer), установленного на телескопе обсерватории Кека.
WASP-107b находится в системе оранжевого карлика, расположенного на расстоянии 208 световых лет от Земли в созвездии Девы. Экзопланета находится на расстоянии 0,06 астрономической единицы от своей звезды и совершает один оборот вокруг нее за почти шесть дней. Ранние наблюдения за ней помогли выявить гелий в ее атмосфере, а также определить, что экзопланета может относиться к супернептунам.
Ученым удалось переопределить массу экзопланеты, которая составила 30,5±1,7 масс Земли (или 1,8 массы Нептуна), что меньше предыдущих оценок. При этом радиус WASP-107b оценивается в 0,94 радиуса Юпитера, это означает, что экзопланета обладает одним из самых низких значений объемной плотности среди всех известных экзопланет — 0,134 грамма на кубический сантиметр. Астрономы считают, что экзопланета состоит из ядра, с массой менее 4,6 масс Земли, и сильно распухшей газовой оболочки из водорода и гелия, масса которой составляет более 85 процентов от общей массы планеты.
Масса ядра WASP-107b значительно ниже, чем те значения, которые обычно нужны в теории для запуска процесса аккреции на ядро массивной газовой оболочки из протопланетного диска. Исследователи считают, что первоначально экзопланета образовалась за пределами одной астрономической единицы от звезды, а затем мигрировала к ней на ранней стадии своей жизни. WASP-107b мог бы превратиться в газового гиганта в результате неконтролируемой беспыльной аккреции газа, однако из-за миграции лишился запасов вещества и стал сильно распухшим супернептуном. Ожидается, что в будущем экзопланета станет одной из целей для исследований при помощи космического телескопа «Джемс Уэбб».
Ранее мы рассказывали о том, как астрономы благодаря телескопу CHEOPS смогли признать горячий юпитер WASP-189b одной из самых горячих известных на сегодня экзопланет, а благодаря телескопу TESS нашли два юных «пухлых» субсатурна.
Александр Войтюк
Экзопланета находится близко к красному карлику AU Микроскопа
Астрономы при помощи телескопа «Хаббл» выявили переменность потери нейтрального водорода атмосферой горячего нептуна, который находится на краю «пустыни нептунов» и обращается по близкой орбите вокруг молодой звезды AU Микроскопа. Предполагается, что это может быть связано с зависимостью оттока газа из атмосферы от активности звезды. Статья опубликована в The Astronomical Journal. «Пустыней нептунов» планетологи называют наблюдаемые дефицит экзопланет размером с Нептун и короткими орбитальными периодами (менее трех дней). Предполагается, что такие планеты изначально представляют собой тела с твердым ядром и обширными газовыми оболочками, которые быстро эволюционируют за счет миграции ближе к звезде и потере атмосферы. Последний процесс, в свою очередь, может протекать в двух вариантах — за счет фотоиспарения атмосферы под действием высокоэнергетического излучения звезды или разогрев и убыль атмосферы за счет выделения тепла со стороны остывающего ядра планеты. Группа астрономов во главе с Китли Рокклиффом (Keighley E. Rockcliffe) из Дартмутского колледжа в Ганновере опубликовала результаты наблюдений за динамикой атмосферы горячего нептуна в системе звезды AU Микроскопа при помощи космического телескопа «Хаббл». AU Микроскопа представляет собой звезду до главной последовательности, которая находится в 31,9 световых года от Солнца. Этот молодой (23 миллиона лет) красный карлик относится к группе Беты Живописца, имеет массу 0,5 масс Солнца, а также обладает околозвездным диском и открытым в 2020 году горячим нептуном AU Mic b, который стал первой молодой экзопланетой с известным значением плотности. AU Mic b характеризуется орбитальным периодом 8,46 дня и радиусом 4,19 радиуса Земли, экзопланета попадает на край «пустыни нептунов» и по расчетам может терять атмосферу. В системе есть еще две более дальние экзопланеты, а также кандидат в четвертую экзопланету. «Хаббл» вел спектроскопические наблюдения за AU Mic b в дальнем ультрафиолетовом диапазоне во время двух событий транзита планеты по диску звезды 2 июля 2020 года и 19 октября 2021 года. В эти моменты излучение водорода в линии Лайман-альфа от родительской звезды с высокой вероятностью будет взаимодействовать с нейтральным водородом, утекающим из верхних слоев атмосферы экзопланеты, и частично поглощаться им, что отразится в спектрах. Влияние околозвездного диска в этих наблюдениях может не учитываться, так как он беден газом. Во время первого транзита следов нейтрального водорода вблизи экзопланеты обнаружено не было, однако во время второго транзита было обнаружено облако водорода, движущееся впереди AU Mic b, со столбцовой плотностью 1013,96 частиц на квадратный сантиметр. Облако превратилось в хвост с длиной 1,39 радиуса Солнца, высотой 0,32 радиуса Солнца, при этом скорость движения части газа увеличилась и составила 61,26 километров в секунду в радиальном направлении от звезды. Ученые предполагают, что такое необычное поведение атмосферы можно объяснить за счет того, что геометрия оттока газа от планеты меняется в зависимости от интенсивности звездного ветра, который формирует из облака хвост, а также зависеть от вспышек на звезде. Кроме того, нейтральный водород мог быть фотоионизирован высокоэнергетическим излучением за 44 минуты, что сделает его временно недоступным для наблюдений. Ранее мы рассказывали о том, как CHEOPS подтвердил открытие двух экзопланет у «долины субнептунов».