Астрономы не нашли плотной атмосферы у горячей суперземли

Астрономы благодаря телескопам TESS и «Спитцер» определили, что горячая суперземля GJ 1252b не способна обладать плотной атмосферой, даже при большом значении начального давления у поверхности планеты или большого содержания углерода в магме. Вместо этого она может быть окружена лишь разреженной экзосферой, пополняемой за счет дегазации поверхности планеты. Препринт опубликован на сайте arXiv.org.

Скалистые планеты, расположенные на короткопериодных орбитах вокруг своих звезд, являются одним из наиболее распространенных типов экзопланет. Хотя такие тела слишком малы, чтобы сохранить первичную газовую оболочку из водорода, они могут генерировать вторичные атмосферы на более поздних этапах своей эволюции. В частности, в случае Солнечной системы скалистые тела могут демонстрировать очень плотные атмосферы (Венера), умеренные (Земля, Титан) и достаточно разреженные (Марс). Понимание того, при каких условиях (уровень облучения, параметры планеты и звезды) планеты земной группы могут сохранять достаточно плотные атмосферы, остается предметом активных исследований, которые важны и для оценки обитаемости подобных тел.

Группа астрономов во главе с Яном Кроссфилдом (Ian J. M. Crossfield) из Канзасского университета опубликовала результаты исследований экзопланеты GJ 1252b. Ученые анализировали фотометрические данные повторных наблюдений TESS за транзитами планеты (падения блеска звезды при прохождении по ней планеты), а также космического телескопа «Спитцер» за вторичными минимумами (падение блеска системы при затмении диском звезды планеты).

Экзопланета была первоначально открыта космическим телескопом TESS транзитным методом в 2019 году. Она обращается вокруг красного карлика за 12,2 часа на расстоянии 0,0092 астрономической единицы от него, и находится в приливном захвате. Первоначальные оценки массы и радиуса GJ 1252b позволили отнести ее к скалистым горячим суперземлям.

Ученые уточнили параметры радиуса экзопланеты, который составил 1,18 радиуса Земли, что в сочетании с массой в 1,32 земной массы подтверждает идею суперземли. Яркостная температура планеты на дневной стороне составляет 1410 кельвин, что выше, чем эффективная температура планеты и согласуется с моделью голой скалистой поверхности.

Сравнение данных наблюдений с различными моделями возможной атмосферы показало, что поверхностное давление газовое оболочки GJ 1252b может быть только менее 10 бар, что соответствует очень тонкой оболочке в виде разреженной экзосферы. В пользу этой идеи говорят результаты моделирования эволюции атмосферы планеты из углекислого газа, которая будет потеряна за миллион лет, даже если начальное давление у поверхности будет составлять 100 бар. В моделях, в которых атмосфера может пополняться за счет активной дегазации магмы, содержащей запасы углерода гораздо большие, чем на Земле, срок жизни атмосферы увеличивается до четырех миллиардов лет, однако газовые оболочки все равно будут потеряны.

Ранее мы рассказывали о том, как астрономы измерили высоту облачного слоя на горячем сатурне с большой точностью и как дегазация магмы позволила суперземле восстановить атмосферу.

Александр Войтюк