Предложенная миссия EVE от NASA стремится решить загадку радиусной долины

Дебаты среди планетарных ученых продолжаются уже более десяти лет — почему так мало экзопланет с радиусом около 1,8 радиуса Земли? Экзопланеты в настоящее время в значительной степени группируются на две разные категории — «суперземли», которые меньше этого размера и имеют каменистые ядра, и «субнептуны», которые превышают этот размер и выглядят «пухлыми». Но мы не совсем понимаем, что в процессе эволюции планет заставляет эту бифуркацию. Новая предложенная миссия, названная Early eVolution Explorer (EVE), хочет это выяснить, и черновик ее концепции можно найти в препринт-форме на arXiv.

В настоящее время дебаты о том, где находится эта «радиусная долина» в популяции экзопланет, сосредоточены на двух гипотезах. Первая — гипотеза «уменьшающегося газового карлика». В этом сценарии все протопланеты начинают как каменистые ядра и накапливают массивные, пухлые облака легкого водорода и гелия на протяжении миллионов лет. Но если планета слишком близка к своей звезде-хозяину, интенсивное излучение и тепло от этих относительно молодых звезд испаряют атмосферу, оставляя позади каменистое ядро, превращаясь в суперземлю. Субнептуны, с другой стороны, — это планеты, которые находятся достаточно далеко от своей молодой активной звезды, чтобы не быть лишенными своих газовых оболочек.

Альтернативную гипотезу можно рассматривать как демонстрацию плотных водных миров. В этом сценарии два типа планет изначально принципиально различны. Суперземли формируются из сухих камней, близко к звезде-хозяину и внутри «линии снега», где вода может замерзать. Субнептуны, согласно этой теории, на самом деле являются водными мирами, которые формируются за линией снега, что приводит к составу около 50% камня и 50% воды. «Долина» в этой теории — это просто разница в размере между максимальным физическим размером сухого камня и минимальным физическим размером гибрида из половины воды и половины камня.

Фрейзер обсуждает разрыв в популяциях экзопланет, который является движущей силой миссии EVE.

Чтобы выяснить, какая из этих теорий верна, исследователи экзопланет считают, что нам нужно поймать планеты на ранних этапах их формирования, чтобы увидеть, действительно ли существует «разделение», как описано в гипотезе водного мира, или же ранние годы планеты одинаковы, независимо от ее конечной судьбы, как в гипотезе уменьшающегося газового карлика. Проблема заключается в том, чтобы найти «молодые» экзопланеты. Из примерно 6000 найденных до сих пор только около 20 моложе 50 миллионов лет.

EVE хочет значительно увеличить это число. Ее намерение — наблюдать 30 различных полей молодых звездных скоплений в течение 30 дней каждое, захватывая свет примерно от 20 000 новообразованных звезд в течение своего 2,5-летнего срока службы. Это кажется достаточно простым, но дьявол кроется в деталях — или в данном случае в датчиках.

Известно, что находить планеты вокруг молодых звезд крайне сложно, просто потому, что эти молодые звезды очень активны. Они часто вспыхивают, что приводит к спектральным сигналам, которые выглядят как планеты, но таковыми не являются. Чтобы бороться с этими ложными положительными результатами, EVE будет оснащена тремя отдельными датчиками: ближним ультрафиолетом (NUV), оптическим и ближним инфракрасным (NIR). Солнечные вспышки проявляются ярко в ультрафиолетовом диапазоне, поэтому данные с NUV-датчика EVE могут быть использованы для вычитания значения вспышек из данных, позволяя любым планетам, которые могут находиться в окрестности, проявиться.

Фрейзер обсуждает будущее исследований экзопланет.

Конечные результаты, которые команда проекта ожидает от EVE, зависят от того, какая гипотеза верна. Если во Вселенной регулярно образуются пухлые газовые карлики, как в первой гипотезе, EVE может найти до 100 маленьких, молодых планет (в частности, субнептунов). Миссия сосредоточена на малых планетах и явно исключает настоящие горячие Юпитеры или теплые Юпитеры. Но если субнептуны на самом деле являются плотными водными мирами, команда ожидает, что EVE найдет только около 5 новых планет, так как остальные будут слишком малы, чтобы их заметить на фоне их звезд-хозяев, даже с шумоподавляющими способностями EVE.

Чтобы прояснить, проект еще не финансируется, но позиционируется как миссия NASA Small Explorers (SMEX), которая в последнее время получила больше внимания и финансирования. Если она в конечном итоге будет принята одним из крупных космических агентств, мы можем вскоре получить шаблон для отслеживания планет через другую стадию их эволюционного процесса — и ответить на некоторые давние вопросы о том, как именно это происходит.