Остатъчната топлина от формирането на планетата може да нагрява плътната ѝ газова обвивка, карайки я да се разсее

Далечната екзопланета може да помогне да се отговори на въпроса защо почти няма планети с диаметър два пъти по-голям от този на Земята.

Супер-Земя, която може да даде обяснение за мистериозната липса на определени екзопланети във Вселената, е открита от космическия телескоп TESS на НАСА и инструмента ESPRESSO на Много Големия Телескоп в Чили.

"Това е малко допълнение към вече дългия списък с известни планети, но такива открития са от съществено значение за подобряване на разбирането ни за механизмите на формиране и еволюция на планетите," казва Жозе Родригеш от Института по астрофизика в Порто, ръководител на изследването. "Ще са необходими още много подобни открития, за да превърнем хипотезите си в научни факти."

TOI-512b: супер-Земята с екстремни условия

Екзопланетата, наречена TOI-512b, се намира на 218 светлинни години от Земята. За първи път е идентифицирана през 2020 г. от TESS, който е наблюдавал преминаването ѝ пред звездата ѝ. Това преминаване блокира част от светлината на звездата, което позволява на астрономите да измерят радиуса ѝ - 1.54 пъти този на Земята.

За да потвърдят, че TOI-512b е истинска планета, а не грешка в наблюденията, учените използвали инструмента ESPRESSO на Много Големия Телескоп. Той измерил движението ("залюляването") на звездата, причинено от гравитационното влияние на планетата. Така била определена масата на TOI-512b - 3.57 пъти тази на Земята.

С тези данни астрономите изчислили средната ѝ плътност - 5.62 грама на кубичен сантиметър, което е малко повече от плътността на Земята (5.52 г/см³). Ако TOI-512b беше с размера на Земята, тя би била твърда скалиста планета. Но понеже е по-голяма и по-масивна, съставът ѝ вероятно е по-сложен.

TOI-512b обикаля около своята звезда за 7.1 дни на разстояние едва 9.86 милиона километра. Това я прави твърде гореща, за да бъде в обитаемата зона - тя получава 112 пъти повече топлина от своята звезда, отколкото Земята от Слънцето.

Освен това размерът ѝ я поставя точно под т.нар. "гореща Нептунова пустиня" - област, в която почти няма открити екзопланети с размери между 1.8 и 2.4 пъти този на Земята.

Защо липсват екзопланети с определени размери?

Една теория гласи, че когато газови планети с размерите на Нептун мигрират към своята звезда, интензивното звездно излъчване издухва атмосферата им. В крайна сметка остава само по-малка, оголена планета.

Друга теория предполага, че остатъчната топлина от формирането на планетата може да нагрява плътната ѝ газова обвивка, карайки я да се разсее. Този процес се нарича "загуба на маса, захранвана от ядрото" (core-powered mass loss).

TOI-512b вероятно някога е била подобна на Нептун, но е загубила голяма част от атмосферата си. Чрез моделиране на вътрешния ѝ строеж, екипът на Родригеш установява, че тя вероятно има:

• малко вътрешно ядро (13% от масата ѝ),

• мантия (69% от масата ѝ),

• слой вода (до 16% от масата ѝ),

• газов слой (едва 2% от масата ѝ).

За сравнение, водата на Земята представлява само 0.02% от нейната маса.

Ако TOI-512b бе загубила атмосферата си единствено поради звездно излъчване, то тя нямаше да има нито вода, нито останки от атмосфера. Затова учените смятат, че загубата на маса, захранвана от ядрото, е по-правдоподобното обяснение. Този процес може да продължи милиарди години, което съвпада с изчислената възраст на TOI-512b - 8.235 милиарда години (с възможно отклонение от ±4.386 милиарда години).

Не всички планети, които преминават през "горещата Нептунова пустиня", губят атмосферата си по един и същи начин. Възможно е при някои тя да бъде премахната чрез комбинация от звездно излъчване и загуба на маса, захранвана от ядрото.

Проучването също така отхвърли възможността за съществуването на втора планета около TOI-512, което преди това бе подложено на съмнение от данните на TESS.

Що се отнася до бъдещи наблюдения, анализът на атмосферата на TOI-512b може да се окаже твърде сложен за космическия телескоп "Джеймс Уеб". Вместо това, учените предлагат да се използва бъдещият 39-метров телескоп ANDES в Чили, който може да предостави по-добри резултати.

Резултатите от изследването на TOI-512b бяха публикувани на 25 март в списание Astronomy & Astrophysics.