Атмосферы многих экзопланет постепенно улетучиваются в космос. Этот процесс называют атмосферным уносом или «испарением» планеты. Особенно сильно он проявляется у миров, которые вращаются очень близко к своим звёздам. Новое исследование стало первой целенаправленной попыткой изучить этот эффект у планет, обращающихся вокруг горячих звёзд спектрального класса F.
Учёные провели специальный обзор таких систем и получили важные подсказки о том, почему некоторые планеты теряют атмосферу гораздо быстрее других.
Почему атмосферы планет исчезают
Экзопланеты на тесных орбитах получают огромное количество излучения от своей звезды. Энергия нагревает верхние слои атмосферы, газ начинает расширяться и может уходить в космос потоками, напоминающими звездный ветер.
Такой процесс способен кардинально изменить судьбу планеты. Считается, что именно атмосферное испарение помогает формировать две важные особенности в распределении экзопланет:
- «Долину испарения» — область, где почти нет планет промежуточного размера между каменистыми суперземлями и мини-нептунами.
- «Пустыню Нептуна» — дефицит планет размером с Нептун на очень близких орбитах.
Чтобы понять, как именно звезды разрушают атмосферы планет, необходимо измерять скорость потери газа в разных условиях.
Как увидеть утекающую атмосферу
Один из лучших способов обнаружить утечку газа — наблюдать планету во время транзита, когда она проходит перед своей звездой. Если вокруг планеты существует расширяющаяся атмосфера, она поглощает часть света на определённых длинах волн.
В этом исследовании использовалась линия метастабильного гелия с длиной волны около 1083 нм. Она особенно полезна, потому что хорошо чувствительна к потокам газа и при этом может наблюдаться с наземных телескопов.
Учёные провели наблюдения с инфракрасной камерой WIRC на обсерватории Паломар. Для измерений использовался сверхузкий фильтр, настроенный именно на эту линию гелия.
Шесть планет и десять транзитов
В программу вошли шесть газовых гигантов, вращающихся вокруг F-звёзд:
- HAT-P-8 b
- WASP-93 b
- WASP-180 A b
- WASP-103 b
- KELT-7 b
- WASP-12 b
Всего исследователи наблюдали десять транзитов этих планет в период 2023–2025 годов. Целью было определить, возникает ли дополнительное поглощение света в линии гелия — признак расширяющейся атмосферы.
Что удалось обнаружить
Результаты оказались неоднородными.
Уверенные обнаружения атмосферного уноса получены для двух планет:
- WASP-12 b
- WASP-180 A b
В их атмосферах обнаружено заметное поглощение света, свидетельствующее о мощных потоках газа.
Вероятные, но пока не окончательно подтверждённые сигналы обнаружены у:
- HAT-P-8 b
- WASP-93 b
Для подтверждения здесь потребуются дополнительные наблюдения.
Никаких признаков утечки не обнаружено у:
- WASP-103 b
- KELT-7 b
Это показало, что даже у горячих гигантов на близких орбитах атмосферный унос может сильно различаться.
Почему одни планеты теряют атмосферу быстрее
Сравнив результаты с ранее известными наблюдениями, исследователи попытались понять, что управляет скоростью потери газа.
Наиболее важными оказались два фактора:
Близость к пределу Роша
У каждой планеты существует область гравитационного удержания — так называемая полость Роша. Если атмосфера заполняет большую часть этой области, газу легче «перетекать» в космос.
Планеты, у которых радиус близок к этой границе, оказываются особенно уязвимыми к потере атмосферы.
Высокоэнергетическое излучение звезды
Важную роль играет и поток рентгеновского и экстремального ультрафиолетового излучения (XUV). Оно нагревает верхние слои атмосферы и запускает мощный поток газа.
Исследование показало, что сочетание этих двух факторов хорошо объясняет наблюдаемые скорости потери массы.
Что это значит для моделей планетной эволюции
Существуют гипотезы, согласно которым у планет возле горячих звёзд основной механизм потери атмосферы может быть связан с излучением в ближнем ультрафиолете. Однако новые наблюдения не подтверждают такую картину.
Полученные данные лучше согласуются с моделями, где ключевую роль играют:
- экстремальное ультрафиолетовое и рентгеновское излучение звезды
- степень заполнения полости Роша атмосферой планеты.
Шаг к более полной картине
Пока число изученных систем всё ещё невелико, но этот проект стал первым специализированным обзором атмосферного уноса у планет вокруг F-звёзд. Он показал, что такие планеты действительно могут обладать очень мощными потоками утекающего газа, но этот процесс сильно зависит от конкретных условий системы.
Будущие наблюдения и новые телескопы позволят расширить выборку и лучше понять, как звезды постепенно «сдувают» атмосферы своих планет — и как это меняет архитектуру планетных систем во Вселенной.
Источники:
Статья создана по материалам работы на arXiv.org
