«Мега-Земля» GJ 523b в 23 раза тяжелее Земли: куда делась атмосфера

Астрономы изучили экзопланету GJ 523b, которую относят к неофициальному классу «мега-Земель». Ее радиус примерно в 2,55 раза больше земного, а масса достигает 23,5 массы Земли. Средняя плотность оценивается в 7,74 г/см³ — выше земной, равной 5,51 г/см³.

Такие параметры указывают на небольшую долю легких веществ и преимущественно плотный каменно-металлический состав. При этом по распространенным моделям формирования столь массивное ядро могло активно накапливать водород и гелий. Тогда планета получила бы толстую газовую оболочку и стала бы похожа на мини-нептун.

Как обнаружили GJ 523b

Экзопланету обнаружил космический телескоп NASA TESS. Он фиксирует периодические падения яркости звезды, возникающие, когда планета проходит перед ее диском.

Дополнительные наблюдения провели на 3,5-метровом телескопе WIYN в Аризоне. Спектроскопические измерения помогли определить, как гравитация планеты влияет на движение звезды. По этим данным астрономы рассчитали массу GJ 523b и уточнили ее среднюю плотность.

Почему планета сохранила высокую плотность

GJ 523b обращается вокруг своей звезды за 17,75 дня. Возраст системы оценивают примерно в 170 млн лет — по астрономическим меркам это молодой возраст. Поэтому планета представляет интерес для изучения ранних этапов формирования крупных миров.

Согласно распространенному сценарию, массивное каменно-металлическое ядро притягивает вещество из протопланетного диска. В первую очередь оно накапливает водород и гелий. Чем больше масса ядра, тем сильнее его гравитация и тем выше вероятность образования плотной газовой оболочки.

Масса GJ 523b составляет около 23,5 массы Земли, однако ее высокая средняя плотность не указывает на значительную водородно-гелиевую оболочку. Это делает объект необычным: он намного массивнее Земли, но по свойствам ближе к плотному твердому миру, чем к мини-нептуну.

Куда могла исчезнуть газовая оболочка

Одна из гипотез предполагает, что планета сначала сформировала заметную атмосферу, а затем потеряла ее. Молодая звезда могла активно излучать, а потоки энергии и частиц — постепенно срывать с планеты легкие газы. В таком случае нынешняя высокая плотность стала следствием последующей потери атмосферы.

Другая возможность — мощное столкновение в ранней планетной системе. Две крупные планеты могли объединиться, а значительная часть их газовых оболочек при этом была бы выброшена в космос. После такого события мог остаться плотный объект с параметрами, близкими к параметрам GJ 523b.

Что покажут дальнейшие наблюдения

Одной GJ 523b недостаточно, чтобы выбрать между этими гипотезами. Астрономам нужны дополнительные наблюдения за сверхплотными «мега-Землями» разного возраста, размера и с разным расстоянием до звезд.

Сравнение таких объектов поможет понять, является ли GJ 523b редким исключением или примером отдельного сценария эволюции планет. Если у нее сохранилась атмосфера, ее состав также позволит оценить, насколько быстро массивные планеты теряют водород и гелий.