Телескоп Хаббл обнаружил экзопланету, исчезающую с рекордной скоростью

Скорость и расстояние, на котором планеты вращаются вокруг своих  звезд, могут определять судьбу каждой планеты — останется ли планета частью своей солнечной системы или исчезнет.

Стремясь узнать больше о далеких планетах за пределами нашей Солнечной системы, астрономы обнаружили, что планета GJ 3470b размером примерно с Нептун, испаряется со скоростью в 100 раз быстрее, чем ранее открытая планета аналогичного размера, GJ 436b.

Результаты, опубликованные в журнале Astronomy & Astrophysics, улучшают знания астрономов о том, как развиваются планеты.

«Планеты могут потерять значительную долю всей своей массы. GJ 3470b теряет больше своей массы, чем любая другая планета, которую мы видели до сих пор; всего через несколько миллиардов лет половина планеты может исчезнуть, — сказал Дэвид Синг, автор исследования.

Исследование является частью программы Panchromatic Comparative Exoplanet Treasury (PanCET), возглавляемой Сингом, целью которой является измерение атмосферы 20 экзопланет в ультрафиолетовом, оптическом и инфракрасном лучах. PanCET является крупнейшей программой наблюдений экзопланет, которая запускается с помощью космического телескопа НАСА Хаббл.

Одна конкретная проблема, интересующая астрономов, заключается в том, как планеты теряют свою массу в результате испарения. Такие планеты, как «супер» Земли и «горячие» Юпитеры, вращаются более близко к своим звездам и, следовательно, становятся более горячими, в результате чего испарение уносит наружный слой их атмосфер.

В то время как большие экзопланеты размером с Юпитер и меньшего размера «СуперЗемли» многочисленны, экзопланеты размера с Нептун (примерно в четыре раза больше Земли) встречаются редко. Исследователи выдвигают гипотезу, что эти Нептуны лишаются своей атмосферы и в конечном итоге становятся меньшими планетами.

Однако трудно активно наблюдать, как они это делают, потому что их можно изучать только в ультрафиолетовом свете, что ограничивает исследователей районом ближайших звезд, находящихся на расстоянии не более 150 световых лет от Земли, не скрытых межзвездным материалом. GJ 3470b находится на расстоянии 96 световых лет и вращается вокруг красного карлика в направлении созвездия Рака.

В этом исследовании Хаббл обнаружил, что экзопланета GJ 3470b потеряла значительно большую массу и имела заметно меньшую экзосферу, чем первая исследованная экзопланета размером с Нептун, GJ 436b, из-за ее более низкой плотности и получения более сильного радиационного облучения от своей звезды-хозяина.

Более низкая плотность экзопланеты GJ 3470b делает ее неспособной гравитационно удерживать нагретую атмосферу, и в то время как возраст звезды, в системе которой находится GJ 436b, составляет от 4 до 8 миллиардов лет, звезде, в системе которой находится GJ 3470b, всего 2 миллиарда лет; молодая звезда более активна и мощна, и поэтому у нее больше излучения для нагрева атмосферы планеты.

По оценкам команды ученых, GJ 3470b, возможно, уже потеряла до 35 процентов своей общей массы, и через несколько миллиардов лет весь ее газ может исчезнуть, оставив после себя только скалистое ядро.

«Мы начинаем лучше понимать, как планеты формируются и какие свойства влияют на их общий состав», — сказал Синг. «Наша цель состоит в том, чтобы широко взглянуть на атмосферы этих планет, чтобы определить, как каждая планета зависит от ее собственной окружающей среды. Сравнивая разные планеты, мы можем составить общую картину их эволюции.»

Заглядывая вперед, Дэвид Синг и его команда надеются изучить больше экзопланет, отыскивая гелий в инфракрасном свете, что даст больший диапазон поиска, чем поиск водорода в ультрафиолетовом свете.

V. Bourrier et al. Hubble PanCET: an extended upper atmosphere of neutral hydrogen around the warm Neptune GJ 3470b, Astronomy & Astrophysics (2018). DOI: 10.1051/0004-6361/201833675