Четыре экзопланеты рядом с Солнцем: вероятная утрата атмосферы

Модели Кембриджского университета указывают на то, что экзопланеты вокруг звезды Барнарда утратили свои газовые оболочки миллиарды лет назад и имеют ограниченные запасы воды в своих недрах

Астрономы из Института астрономии Кембриджского университета пришли к выводу, что все 4 известные экзопланеты звезды Барнарда, ближайшей к Солнцу одиночной звезды, с высокой долей вероятности уже давно лишились своих атмосфер. Согласно моделированию, их первичные водородно-гелиевые оболочки были полностью утрачены не позднее 2 млрд лет после образования, а условия для формирования вторичных атмосфер в настоящее время выглядят крайне неблагоприятными.

Исследователи изучили несколько аспектов системы: стабильность орбит, внутреннее строение планет, содержание воды в их мантиях и эволюцию атмосфер. Все 4 экзопланеты классифицируются как субземли — каменистые планеты, вес которых меньше земного. Они вращаются вокруг красного карлика всего за 2,34–6,74 дня и находятся ближе к своей звезде, чем Меркурий к Солнцу, что делает их подверженными мощному рентгеновскому и экстремальному ультрафиолетовому излучению.

Расчёты показали, что именно это излучение должно было быстро разрушить их первоначальные атмосферы. Для внутренних планет этот процесс мог занять около 10 млн лет, а для внешних — около 100 млн лет. Даже при различных предположениях о начальной массе атмосферы модели демонстрируют, что ни одна из них не смогла бы сохраниться дольше 2 млрд лет, в то время как возраст самой звезды оценивается в 7–12 млрд лет.

Неутешительными оказались и результаты анализа внутреннего строения планет. На основе химического состава звезды исследователи восстановили предполагаемый состав их недр и пришли к выводу, что мантии должны содержать значительное количество ферропериклаза — минерала, который удерживает гораздо меньше воды по сравнению с основными минералами земной мантии. В результате общая водоёмкость мантий, по расчетам, составляет менее половины земной. Для самой крупной планеты системы модель показывает около 1,52 объема земных океанов по сравнению с почти 3 объемами в аналогичной модели Земли.

Недостаток воды сочетается с более низким внутренним нагревом. Согласно расчетам, современное радиогенное тепловыделение примерно в 2 раза ниже земного — около 12 ± 3 пикватт на килограмм магния против примерно 24 пикватт на Земле. Это значит, что вулканическая активность менее выражена, а объемы газов, которые могли бы пополнять атмосферу после ее утраты, существенно меньше. При этом авторы отмечают, что возможный приливный нагрев из-за орбитальных резонансов пока нельзя ни подтвердить, ни опровергнуть.

Выводы основаны исключительно на моделировании, а не на прямых наблюдениях. Их еще предстоит проверить с использованием спектральных наблюдений. Для этого планируется воспользоваться инструментами Европейского чрезвычайно большого телескопа (ELT), в первую очередь спектрографом ANDES, который сможет искать признаки атмосферы у ближайших каменистых экзопланет. В дальнейшем ожидаются новые данные и от космической миссии PLATO, предназначенной для поиска и изучения небольших планет у близких звёзд.