Медленная потеря атмосферы экзогигантом указала на его миграцию ближе к звезде

Астрономы нашли новые доказательства того, что за формирование экзопланет вблизи верхней границы «пустыни нептунов» ответственна орбитальная миграция с высоким эксцентриситетом, а не фотоиспарение их атмосфер. В такой сценарий хорошо вписывается сатурноподобная экзопланета TOI-1259Ab, находящаяся в системе из оранжевого и белого карликов. Препринт доступен на arXiv.org.

Явление «пустыни нептунов» заключается в наблюдаемом дефиците экзопланет размером с Нептун на короткопериодных (менее пяти дней) орбитах. Оно может возникать из-за особенностей процесса формирования планет, планетарной миграции или потери атмосферы экзопланетами. Существование тел вблизи нижней границы «пустыни нептунов» можно объяснить их формированием во внешней части протопланетного диска и последующей миграцией ближе к звезде, в процессе чего они должны активно терять атмосферу из-за излучения звезды. Однако объекты вблизи верхней границы «пустыни нептунов» достаточно массивны, чтобы фотоиспарение их атмосфер было существенным, здесь может действовать механизм миграции с высоким эксцентриситетом уже после рассеяния протопланетного диска.

Группа астрономов во главе с Морганом Сайделом (Morgan Saidel) из Калифорнийского технологического института сообщила об обнаружении потери атмосферы у экзопланеты в системе TOI-1259, расположенной на расстоянии 385 световых лет от Солнца, в которую входит оранжевый и белый карлики. Наблюдения велись в линиях гелия за событиями транзитов планеты при помощи Паломарской обсерватории и обсерватории Кека.

Экзопланета TOI-1259Ab представляет собой газовый гигант массой 0,44 массы Юпитера и радиусом 1,02 радиуса Юпитера, который обращается вокруг звезды К-типа с периодом 3,48 земных дня, попадая в зону верхней границы «пустыни нептунов». В систему также входит белый карлик с массой 0,56 масс Солнца и большой полуосью орбиты 900 астрономических единиц, чье присутствие позволяет дать достаточно точную датировку системы в 4,8 миллиарда лет.

Данные наблюдений могут быть описаны моделью расширенной атмосферы, из верхних слоев которой теряется гелий. Скорость потери массы термосферой экзопланетой оценивается в зависимости от модели как 10_¹⁰ или 10^10,3 грамм в секунду. Такими темпами планета может полностью лишиться газовой оболочки за 1670 миллиардов лет, что существенно превосходит время жизни звезды главной последовательности. Расчеты также показывают, что за счет фотоиспарения планета к настоящему времени потеряла полпроцента первоначальной массы.

Таким образом, свойства TOI-1259Ab, а также наличие в системе белого карлика, вписываются в идею, что за формирование тел вблизи верхней границы «пустыни нептунов» может отвечать миграция с высоким эксцентриситетом, в данном случае к этому мог привести орбитальный резонанс Козаи — Лидова. Подтвердить это смогут будущие спектроскопические исследования атмосферы — если TOI-1259 Ab образовалась за пределами снеговой линии для воды, то атмосфера будет обогащена кислородом и продемонстрирует близкое к звездному соотношение углерода к кислороду, а в другом случае она будет обогащена тугоплавкими элементами.

Ранее астрономы обнаружили в «пустыне нептунов» первое обнаженное ядро экзопланеты.