Субнептун — это планета, которая по размеру находится между Землёй и Нептуном. Таких миров очень много в нашей Галактике, но их устройство до сих пор вызывает споры. Новое исследование показывает, что в молодости эти планеты ведут себя как губка, пропитанная водой. Роль воды играет водород — самый лёгкий газ во Вселенной. Он не просто лежит сверху пушистым одеялом, а проникает глубоко в каменистые недра и смешивается с расплавленными силикатами (веществами, из которых состоит земная мантия).
Эта «пропитка» радикально меняет судьбу планеты. Молодые звёзды очень активны: их излучение буквально сдувает атмосферы с близких планет. Но если водород спрятан внутри, звезда не может добраться до него сразу. По мере того как верхние слои улетучиваются в космос, из раскалённых недр выделяются новые порции водорода — словно губка отдаёт жидкость, когда её сжимают. Атмосфера пополняется, и планета дольше остаётся раздутой. Обычно после потери оболочки планета начинает быстро сжиматься под собственной тяжестью. Здесь этот процесс затягивается — как будто у воздушного шарика есть скрытый запас гелия, который не даёт ему сморщиться.
Это открытие помогает объяснить загадочную «пустыню Нептунов» — нехватку планет размером с Нептун на очень тесных орбитах. Там, где излучение звезды особенно беспощадно, даже внутренний резервуар водорода в итоге истощается, и планета теряет почти всю оболочку, превращаясь в голое каменистое ядро. Чтобы понять, насколько часто субнептуны имеют такие пропитанные водородом недра, астрономам нужно измерить радиусы и возраст примерно 70–100 молодых планет. Их медленное сжатие станет верным признаком внутреннего резервуара.
как её написали авторы, на английском arXiv:2606.30644
Hydrogen-silicate miscibility can significantly alter the interior structure and thermal evolution of sub-Neptunes. We consider the interplay between this miscibility and stellar-driven atmospheric escape. We find that, for the first $$\sim 100$$ Myrs, sub-Neptunes store most of their hydrogen content within their miscible interiors, protecting it from escape. As hydrogen is removed from the top of the atmosphere, more hydrogen is exsolved from the miscible interior, resupplying the envelope mass and delaying the planet's contraction when compared with models that do not account for miscibility. Regardless of miscibility, atmospheric escape reproduces the young planet observations from TESS, and we highlight the emergence of the primordial Neptune desert at short orbital periods. We construct a population-level test for the prevalence of miscible sub-Neptunes which exploits their slower radial contraction. We find that $$\sim 70-100$$ observed young sub-Neptunes with ages $$\lesssim 100$$ Myrs are required to answer this question.
Если бы Земля была субнептуном с пропитанными водородом недрами, её атмосфера была бы в десятки раз толще, а небо, возможно, имело бы фиолетовый оттенок из-за рассеяния света на молекулах водорода.
В романе «Солярис» Станислава Лема планета-океан подстраивается под внешнее воздействие — чем не метафора планеты, которая отдаёт водород из недр в ответ на потерю атмосферы?