Астрономы раскрыли, как молодые экзопланеты теряют свои атмосферы

В мире астрономии разгорелась настоящая сенсация: исследование четырех молодых планет у звезды V1298 Tau позволило ученым впервые проследить, как формируются и эволюционируют суперземли и субнептуны. Эти загадочные миры, находящиеся в 350 световых годах от нас, буквально на глазах теряют свои атмосферы, и этот процесс оказался ключом к пониманию их природы.

V1298 Tau - молодая звезда, возраст которой всего 23 миллиона лет. Вокруг нее вращаются четыре массивные планеты, каждая из которых в несколько раз крупнее Земли. Их орбиты настолько компактны, что все они могли бы уместиться внутри орбиты Меркурия. С момента открытия в 2019 году эти планеты не давали покоя ученым: их размеры и плотности не вписывались в привычные схемы.

Группа исследователей под руководством Джона Ливингстона из Токийского центра астробиологии применила метод анализа вариаций времени транзита, чтобы определить массу каждой из планет. Оказалось, что все четыре мира обладают крайне низкой плотностью - их атмосферы буквально «раздуваются» под действием излучения звезды и постепенно уносятся в космос. Такой процесс называют фотоиспарением.

Суперземли - это каменистые планеты, превосходящие Землю по массе и размеру, а субнептуны - газовые гиганты, уступающие Нептуну. Именно эти два типа планет чаще всего встречаются в других звездных системах, но в нашей Солнечной системе их почему-то нет. Почему? Ответ на этот вопрос долгое время оставался загадкой.

Когда планета проходит перед своей звездой, она частично блокирует свет, и по этому затмению можно вычислить ее радиус. Если наблюдать такие транзиты регулярно, становится ясно, с какой скоростью планета движется по орбите. В случае V1298 Tau все четыре планеты совершают оборот вокруг звезды за 8,2, 12,4, 24,1 и 48,7 земных суток соответственно. Это невероятно тесная система, где гравитация планет постоянно влияет друг на друга, вызывая небольшие отклонения в расписании транзитов.

Именно эти отклонения - вариации времени транзита - позволили ученым впервые точно «взвесить» каждую из планет. Чем сильнее планета отклоняет соседку от ее орбиты, тем больше ее масса. Полученные данные показали: плотность всех четырех миров аномально мала. Как отмечает один из участников исследования, Тревор Дэвид, впервые удалось получить прямое подтверждение того, что эти планеты действительно «пушистые» - их атмосферы очень объемные и слабо удерживаются гравитацией.

Причина такой необычной структуры кроется в молодости системы и близости планет к звезде. Мощное ультрафиолетовое и рентгеновское излучение нагревает их атмосферы, заставляя их расширяться и постепенно улетучиваться в космос. По сути, эти планеты теряют свои газовые оболочки прямо сейчас, и этот процесс будет продолжаться еще сотни миллионов лет.

Астрономы попытались зафиксировать следы уносимых атмосфер с помощью спектрального анализа, но пока сигналы теряются на фоне сильного звездного ветра. Тем не менее, расчеты показывают: внутренние две планеты, находящиеся ближе к звезде, почти наверняка полностью лишатся атмосферы и превратятся в каменистые суперземли. Внешние две, более массивные и защищенные расстоянием, могут сохранить часть газа и стать мини-нептунами.

Компактность орбит в системе V1298 Tau напоминает другие известные «горошины в стручке» - планетные системы, где несколько миров схожих размеров движутся по почти круговым орбитам. Это открытие подтверждает: именно так и формируются самые распространенные типы планет в нашей галактике.

По мнению Ливингстона, наблюдения за столь молодыми экзопланетами дают уникальную возможность увидеть, как обычные планетные системы только начинают свое развитие. В ближайшие миллионы лет эти четыре мира окончательно определят свою судьбу - станут ли они суперземлями или субнептунами, как большинство их собратьев во Вселенной.

Это исследование не только проливает свет на процессы формирования планет, но и поднимает новые вопросы о том, почему наша Солнечная система оказалась такой необычной. Возможно, именно такие наблюдения помогут когда-нибудь найти ответ на этот вопрос.