Объединив данные космического телескопа для открытия экзопланет TESS и спектрографа ESPRESSO на Очень Большом Телескопе VLT в Чили, ученые обнаружили суперземлю, которая может объяснить загадочный дефицит планет определенного размера во Вселенной.
Экзопланета TOI-512b в 218 световых годах от нас была впервые обнаружена TESS в 2020 году по транзиту — периодическому затуханию звезды при прохождении на ее фоне. На основе количества блокируемого света астрономы вычислили, что радиус этого небесного тела в 1,54 раза превышает земной.
Чтобы подтвердить, что TOI-512b — реальная планета, а не ложное срабатывание, вызванное активностью звезды, ESPRESSO измерил радиальную скорость звезды — «колебание» в движении, вызванное гравитационным влиянием планеты. Данные спектрографа показали, что масса TOI-512b в 3,57 раза превышает земную.
Зная радиус и массу, астрономы рассчитали среднюю плотность планеты — 5,62 грамма на кубический сантиметр, что чуть больше плотности Земли (5,52 г/см³).
Если бы TOI-512b была размером с Землю, такая плотность дала бы основания для однозначного вывода, что это каменистая планета — но она больше, поэтому все сложнее.
TOI-512b обращается вокруг звезды за 7,1 дня на расстоянии всего 9 863 797 км, из-за чего сильно нагревается — она находится слишком близко к звезде, чтобы быть в обитаемой зоне, и получает в 112 раз больше тепла, чем Земля. Параметры орбиты и размеры планеты позволяют поместить ее чуть ниже так называемой пустыни горячих нептунов.
Вселенная полна экзопланет самых разных размеров и масс, но между радиусами в 1,8–2,4 земных наблюдается их резкий дефицит — это и есть вышеупомянутая «пустыня». По одной из теорий, богатые газом и льдом планеты размером с Нептун, приближаясь к звезде, теряют атмосферу под действием ее излучения — и остается голое ядро. По другой, причиной улетучивания внешних слоев служит внутреннее тепло планеты — это называется «потерей массы за счет нагрева ядра».
TOI-512b могла быть похожей на Нептун, но потеряла большую часть газа. На основе плотности, массы и объема астрофизики смоделировали возможную внутреннюю структуру планеты. Результатами они поделились в журнале Astronomy & Astrophysics.
Наилучшая модель включает:
небольшое ядро — 13% массы, мантию — 69%, водный слой — до 16%, остаточную газовую оболочку — 2%.
(Для сравнения, массовая доля воды на Земле — всего 0,02%).
Если бы TOI-512b потеряла газ из-за звездного ветра, от воды и атмосферы ничего бы не осталось. Поэтому более вероятна потеря массы за счет нагрева ядра, особенно учитывая преклонный возраст планеты — 8,235 миллиарда лет (хотя с погрешностью ±4,386 млрд лет), поскольку этот процесс может длиться миллиарды лет.
Это не значит, что все планеты в «пустыне горячих нептунов» теряют газ одинаково — вероятны сценарии с звездным излучением, нагревом ядра или их сочетанием; тем не менее, своими свойствами TOI-512b дает, по сути, подсказку, почему так мало планет в 1,5–2 раза больше Земли.