Фотоиспарение атмосфер назвали основной причиной появления «пустыни нептунов»

Астрономы определили, что за существование «пустыни горячих нептунов» прежде всего ответственен механизм фотоиспарения атмосфер нептуноподобных экзопланет под действием рентгеновского и ультрафиолетового излучения родительских звезд. К такому выводу ученые пришли, заметив необычно низкую активность родительской звезды ультрагорячего нептуна LTT 9779b. Препринт опубликован на сайте arXiv.org.

Явление «пустыни горячих нептунов» или «пустыни субюпитеров» заключается в наблюдаемом недостатке экзопланет размером с Нептун (от трех до десяти радиусов Земли), обладающих короткими орбитальными периодами (менее трех суток). Его нельзя объяснить недостатками методик наблюдений, что требует определенного физического механизма. Предполагается, что экзопланеты, изначально обладающие водородно-гелиевыми атмосферами, попав в зону «пустыни» в ходе миграции или сформировавшись в ней, потеряли затем газовые оболочки, например, из-за процесса фотоиспарения под действием излучения звезды или переполнения полости Роша.

Группа астрономов из Великобритании, США и Чили во главе с Хорхе Фернандесом (Jorge Fernández) из Уорикского университета нашла доказательства в пользу идеи о том, что «пустыня горячих нептунов» может быть результатом фотоиспарения атмосфер экзопланет. Исследователи проанализировали данные наблюдений за ультрагорячим нептуном LTT 9779b, полученными при помощи космического рентгеновского телескопа XMM-Newton.

LTT 9779b представляет собой первый открытый ультрагорячий нептун, обнаруженный в 2020 году. Предполагается, что тело богато летучими веществами, при этом атмосфера планеты отражает восемьдесят процентов излучения звезды. Это единственная известная нептуноподобная экзопланета с орбитальным периодом меньше суток, сохранившая значительную водородно-гелиевую атмосферу, что удивительно.

Исследователи определили, что период вращения звезды составляет около 45 дней, что необычно долго для звезды такого типа и возраста. Кроме того, верхний предел ее рентгеновской светимости в пятнадцать раз ниже, чем ожидалось для светила такого возраста. Если принять модель строения LTT 9779b в виде ядра из железа и силикатов с радиусом 2,69 радиуса Земли и газовой оболочки, чья масса составляет 6,7 процента от массы планеты, то текущая скорость потери атмосферы составляет (0,6-1,5)×10¹¹ грамм в секунду.

Ученые посчитали, что темп потери атмосферы LTT 9779b не был быстрым из-за необычно низкого уровня облучения со стороны звезды. При этом изначально экзопланета могла быть пухлым супернептуном с радиусом шесть—семь радиусов Земли и массовой долей атмосферы 10-17 процентов.

Ранее мы рассказывали о том, как ученые застали два мини-нептуна за превращением в суперземли.