Исследование показывает, почему редки экзопланеты размером с Нептун

Суб-Нептуны (или мини-Нептуны, иногда называемые газовым карликом или переходной планетой) — это экзопланеты с радиусами от 2,5 до 3 раз превышающими радиус Земли — гораздо более многочисленны, чем планеты размером с Нептун и более крупные.

Новое исследование предполагает, что этот спад столь резок, потому что атмосферы суб-Нептунов легко растворяются в магматических океанах на их поверхности, как только планеты достигают примерно 3-кратного размера Земли.

Считается, что суб-Нептуны имеют на своей поверхности океаны магмы, которые остаются горячими благодаря толстому покрову богатой водородом атмосферы.

«До сих пор почти все модели, которые мы использовали, игнорируют эту магму, рассматривая ее как химически инертную, но жидкие породы почти такие же жидкие, как вода, и очень реактивные», — говорят исследователи.

Вопрос, который рассматривали ученые, заключался в том, что, когда планеты получают больше водорода, океан может начать растворять атмосферу.

В этом сценарии, когда суб-Нептун получает больше газа, он накапливается в атмосфере, и давление на дне, где атмосфера встречается с магмой, начинает расти.

Сначала магма поглощает добавленный газ с постоянной скоростью, но по мере повышения давления водород начинает гораздо легче растворяться в магме.

“Не только это, но и небольшая часть добавленного газа, который остается в атмосфере, повышает атмосферное давление, и таким образом еще большая часть поступающего позже газа растворится в магме”, — объясняют исследователи.

Таким образом, рост планеты замедляется еще до того, как она достигает размеров Нептуна.

Авторы исследования называют это термином «кризисом летучести», который измеряет, насколько легче газ растворяется в смеси, чем то, что можно было бы ожидать в зависимости от давления.

Эта теория хорошо согласуется с существующими наблюдениями. Есть также несколько маркеров, которые астрономы могли бы искать в будущем.

Например, если теория верна, планеты с магматическими океанами, которые достаточно холодны, чтобы кристаллизоваться на поверхности, должны иметь другие профили, поскольку это помешает океану поглощать так много водорода.

Edwin S. Kite et al. 2019. Superabundance of Exoplanet Sub-Neptunes Explained by Fugacity Crisis. ApJL 887, L33; doi: 10.3847/2041-8213/ab59d9