Гигантские столкновения помогают каменистым планетам удерживать первичную атмосферу, показала модель

Дариус Модирруста-Галиан (Шанхайский университет Цзяотун) и Джун Коренага (Йель) смоделировали эволюцию каменистых планет после их крупнейшего гигантского столкновения, произошедшего уже после рассеяния протопланетного диска. Работа «Retention of primordial atmospheres through giant impacts» опубликована в Nature Astronomy (nature.com). Авторы заключают, что такие удары смещают планеты в сторону сохранения первичной водородной атмосферы, а не её потери nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.

Два эффекта одного столкновения

Ожидается, что каменистые планеты размером с Землю и крупнее переживают одно или несколько гигантских столкновений на финальных стадиях формирования. Часть таких событий происходит после рассеяния диска и в принципе может приводить к потере атмосферы из-за повышения температуры поверхности nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Однако удар одновременно нагревает недра и увеличивает гравитационную связанность атмосферы, поэтому итоговый результат оставался неясным nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.

Авторы учитывают оба изменения согласованно. Вся аккрецированная масса увеличивает энергию гравитационной связи, тогда как температуру мантии повышает лишь часть энергии удара nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Плавление мантии поглощает энергию в виде скрытой теплоты, а металлическое ядро ударника передаёт мантии мало энергии и остаётся перегретым на глубине nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. В итоге гигантские удары увеличивают энергию гравитационной связи сильнее, чем тепловую энергию мантии nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.

«Влияние на атмосферу планеты зависит от того, как эти два изменения действуют вместе», — заявил Коренага.

Следствия для популяций планет

По результатам модели, более крупные планеты с атмосферой преимущественно возникают в ходе роста через столкновения nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Меньшие планеты, не испытавшие таких ударов, склонны терять первичную атмосферу под длительным облучением звезды nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.

На уровне популяции авторы предполагают, что у суб-нептунов в среднем более массивные каменистые недра, чем у суперземель nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Исследование теоретическое: синтетические данные получены кодом, который авторы выложили на Zenodo, а наблюдательные данные на рисунках статьи взяты из более раннего обзора распределения радиусов малых планет nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.