Где проходит граница между планетами земного типа и нептунами? Без подробного изучения внесолнечных планет на этот вопрос не ответить. Измерение массы транзитных планет позволяет определять их среднюю плотность, а значит – делать выводы о химическом составе. Измерение средней плотности большого количества экзопланет позволяет очерчивать границы различных типов планет – в частности, границу между железокаменными аналогами Земли и Венеры и богатыми водородом и гелием мини-нептунами. 

29 июля 2022 года в Архиве электронных препринтов была опубликована статья, посвященная измерению массы транзитного мини-нептуна у красного карлика GJ 3090 (TOI-177). Транзитный кандидат был обнаружен TESS по наблюдениям 2,3 и 29 сектора. После стандартной процедуры валидации массу кандидата измерили методом лучевых скоростей с помощью спектрографа HARPS. И, как бывало уже не раз, измеряя массу транзитной планеты, исследователи обнаружили в системе еще одну, не транзитную.
GJ 3090  – красный карлик спектрального класса M2 V, удаленный от нас на 22.444 ± 0.013 пк. Его масса оценивается в 0.519 ± 0.013 солнечных масс, радиус – в 0.516 ± 0.016 солнечных радиусов, светимость примерно в 22 раза меньше солнечной. Возраст звезды близок к одному миллиарду лет.
Помимо колебаний, явно вызванных собственной активностью, кривая блеска звезды продемонстрировала транзитный сигнал с периодом 2.853 суток и глубиной, соответствующей планете с радиусом 2.13 ± 0.11 радиусов Земли. Масса мини-нептуна GJ 3090 b оказалась неожиданно низкой – всего 3.34 ± 0.72 массы Земли, что приводит к средней плотности 1.89 +0.52/-0.45 г/куб.см. Это означает, что планета, помимо железокаменного ядра, содержит 55 ± 18% воды или 4.9 +0.7/-1.3% водорода и гелия, а также может представлять из себя некий промежуточный вариант. Эффективная температура GJ 3090 b достигает 693 ± 18 К, поэтому вода на ней может присутствовать только в виде пара, закритического флюида и высокотемпературных льдов
Планета GJ 3090 b (показана темно-зеленым кружком) на плоскости «Масса – Радиус» среди других транзитных экзопланет с измеренной массой. Черными треугольниками показаны планеты красных карликов, серыми треугольниками – планеты более горячих звезд. Желтыми звездами для сравнения показаны Земля и Венера. Цветные пунктирные линии показывают модельные соотношения масса-радиус для планет из железа, земного состава и воды.
Проективная (минимальная, m sin i) масса второй планеты GJ 3090 c оценивается в 13.9 ± 1.6 масс Земли, она совершает один оборот вокруг своей звезды за 12.73 ± 0.03 суток. Эта планета не проходит по диску своей звезды, поэтому ее радиус остается неизвестным. Температурный режим внешней планеты близок к температурному режиму Меркурия (эффективная температура 421 ± 11 К).
Авторы промоделировали движение обеих планет с учетом их гравитационного влияния друг на друга и нашли, что взаимное наклонение их орбит может достигать 90°, т.е. истинная масса планеты c может значительно превышать проективную. Они оценили истинную массу GJ 3090 c в 17.1 +8.9/-3.2 масс Земли. Другими словами, GJ 3090 c представляет собой или нептун (что вероятнее), или легкий газовый гигант.
Из-за близости и яркости родительской звезды GJ 3090 b будет прекрасной целью для JWST. Метрика трансмиссионного спектра (TSM) достигает 221 ± 66 ppm и уступает только метрике мини-нептуна GJ 1214 b. Авторы промоделировали трансмиссионный спектр GJ 3090 b для разных предположений о составе атмосферы и высоте облаков и нашли, что JWST в большинстве случаев легко определит эти параметры.
Как можно видеть из приведенного графика, граница между суперземлями и мини-нетунами проходит в диапазоне 3-4 масс Земли. Если большинство планет с массами меньше 3 масс Земли имеют железокаменный состав, планеты с массами больше 4 масс Земли, как правило, окутаны протяженными водородными оболочками и имеют радиусы свыше 1.6 радиусов Земли. Хотя массы некоторых суперземель могут достигать 10 масс Земли, как правило, это очень горячие планеты-огарки, утратившие свои водородные атмосферы из-за экстремальной близости к звезде (как, например, суперземля 55 Cancri e).
Источник: http://stp.cosmos.ru/index.php?id=1137&tx_ttnews%5Btt_news%5D=10424&cHash=532a19104f133c03878cf94da325768b