Горячий нептун предпочел не терять активно атмосферу у красного гиганта

Астрономы обнаружили новый горячий нептун, который сохранил свою атмосферу, обращаясь по короткой орбите вокруг старого красного гиганта. Это противоречит моделям и может объясняться поздними процессами распухания или орбитальной миграции или же низким уровнем звездной активности. Статья опубликована в The Astrophysical Journal.

Одной из ярких черт текущей выборки известных экзопланет стала «пустыня нептунов» — недостаток планет с размерами меньше Сатурна (от трех до восьми радиусов Земли) и орбитальными периодами менее десяти дней. Считается, что подобное явление вызвано взаимодействием звезды и планеты, в частности процессами фотоиспарения газовых оболочек под действием излучения звезды и орбитальной миграции с высоким эксцентриситетом. Ученым интересно не только разобраться в свойствах и природе таких тел, но и понять различия в свойствах планет, вращающихся вокруг звезд главной последовательности и звезд, уже сошедших с нее, таких как красных гигантов. В последнем случае дело осложняется малой выборкой — известно менее двадцати экзопланет на короткопериодических орбитах вокруг гигантов.

Группа астрономов во главе с Сэмюэлем Грюнблаттом (Samuel K. Grunblatt) из Университета Джонса Хопкинса сообщила об обнаружении нового горячего нептуна, который стал наиболее интенсивно облучаемой своей звездой и наиболее легкой экзопланетой такого класса, обращающейся вокруг звезды, сошедшей с главной последовательности. TIC 365102760b был обнаружен космическим телескопом TESS в рамках программы TESS Giants Transiting Giants по поиску экзопланет у эволюционировавших звезд. Затем открытие подтверждалось данными по колебаниям лучевой скорости звезды от наземного спектрографа HIRES.

TIC 365102760 представляет собой красный гигант с массой 1,17 массы Солнца, радиусом 3,13 радиуса Солнца и возрастом 6,8 миллиарда лет. Звезда находится в 1810 световых годах от Солнца. Вокруг нее по орбите с периодом 4,2 дня и длиной большой полуоси 0,0622 астрономической единицы обращается экзопланета TIC 365102760b. Ее масса составляет 19,2 массы Земли, а радиус — 6,21 радиуса Земли, что дает необычно низкое значение средней объемной плотности в 0,43 грамма на кубический сантиметр (чуть больше половины средней объемной плотности Юпитера).

Модели внутреннего строения планет предсказывают, что около 20–30 процентов массы TIC 365102760b должна составлять ее атмосфера, содержащая водород и гелий. Если экзопланета не распухала и не мигрировала по системе после образования, то большая часть ее атмосферы (или вся атмосфера) должна быть потеряна к текущему возрасту. Пока что неизвестно, как экзопланета смогла сохранить свою газовую оболочку. Возможно, она характеризуется большим соотношением массы газа к ядру, чем предсказывают модели, а ее металличность и масса ядра ниже, чем ожидалось для экзопланеты в этом диапазоне масс.

Существует три гипотезы, объясняющие медленную убыль атмосферы TIC 365102760b. Первая заключается в низком уровне потока излучения от звезды или его плохим поглощением атмосферой. Вторая идея заключается в поздней миграции экзопланеты на близкую к звезде орбиту, когда активность светила снизилась. Третья идея заключается в том, что TIC 365102760b в прошлом была значительно меньше, что ограничивало скорость потери массы, и могла распухнуть под действием излучения звезды не так давно. Ожидается, что экзопланета просуществует еще не более ста миллионов лет, прежде чем начнется распад орбиты и падение по спиральной траектории на звезду.

Ранее ученые застали два мини-нептуна за превращением в суперземли.