OTsENKA EFFEKTIVNOSTI POTERI PERVIChNOY ATMOSFERY ZA SChET TEPLOVOGO POTOKA OT YaDRA DLYa MINI-NEPTUNA (OKEANIDY) HD 207496b

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Представлены результаты моделирования процесса потери первичной атмосферы молодым мини-нептуном HD 207496b под воздействием теплового потока от ядра при значительной массовой доле воды в его составе. Для экзопланеты HD 207496b были рассмотрены (Barros и др., 2023) два варианта внутреннего строения – скалистое (железно-силикатное) ядро, окруженное водородно-гелиевой оболочкой, а также океанида, имеющая железное ядро, силикатную и мощную водную мантии. Показана потенциально высокая эффективность механизма потери водородно-гелиевой атмосферы в результате фотоиспарения для обоих вариантов. В работе (Evdokimov, Shematovich, 2025) выполнена оценка убегания первичной водородно-гелиевой оболочки под воздействием альтернативного механизма – теплового потока от ядра. Было показано, что для скалистого ядра, окруженного первичной водородно-гелиевой атмосферой, при принятых параметрах модели этот механизм недостаточно эффективен и не должен оказывать существенного влияния на эволюцию газовой оболочки. В данной работе показано, что, если HD 207496b в настоящий момент представляет собой скалистое ядро, покрытое водной мантией с паровой атмосферой (океаниду), то тепловой поток из недр планеты мог в прошлом привести к утрате значительной части первичной, водородно-гелиевой атмосферы уже в первые миллионы – десятки миллионов лет эволюции экзопланеты. Остаток первичной газовой оболочки в дальнейшем подвергается эрозии за счет фотоиспарения. Таким образом, в эволюционной истории HD 207496b могли присутствовать стадии, отличающиеся ведущим механизмом потери атмосферы. Показано, что эффективность процесса потери атмосферы сильно зависит как от радиуса ядра, так и от его внутренней энергии. Эти параметры требуют уточнения и связаны как с моделями внутреннего строения (включая температурные профили недр), так и с наличием дополнительных источников внутренней энергии — сжатия ядра, радиогенного и приливного тепловыделения.

About the authors

P. A. Evdokimov

Author for correspondence.
Email: evdokimovrom@yandex.ru

V. I. Shematovich

Email: shematov@inasan.ru

References

  1. Acuña L., Deleuil M., Mousis O., Marcq E., Levesque M., Aguichine A. Characterisation of the hydrospheres of TRAPPIST-1 planets // Astron. and Astrophys. 2021. V. 647. ID A53 (11 p.). https://doi.org/10.1051/0004-6361/202039885
  2. Acuña L., Lopez T.A., Morel T., Deleuil M., Mousis O., Aguichine A., Marcq E., Santerne A. Water content trends in K2-138 and other low-mass multi-planetary systems // Astron. and Astrophys. 2022. V. 660. A 102 (15 p.). https://doi.org/10.1051/0004-6361/202142374
  3. Barber M.G., Mann A.W., Vanderburg A., Krolikowski D., Kraus A., Ansdell M., Pearce L., Mace G.N., Andrews S.M., Boyle A.W., and 28 co-authors. A giant planet transiting a 3-Myr protostar with a misaligned disk // Nature. 2024. V. 635. P. 574–577. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08123-3
  4. Barros S.C.C., Demangeon O.D S., Armstrong D.J., Delgado Mena E., Acuña L., Fernández Fernández J., Deleuil M., Collins K.A., Howell S.B., Ziegler C., and 32 co-authors. The young mini-Neptune HD207496b that is either a naked core or on the verge of becoming one // Astron. and Astrophys. 2023. V. 673. Id. A4 (18 p.). https://doi.org/10.1051/0004-6361/202245741
  5. Biersteker J.B., Schlichting H.E. Atmospheric mass-loss due to giant impacts: the importance of the thermal component for hydrogen-helium envelopes // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 2019. V. 485. P. 4454–4463. https://doi.org/10.1093/mnras/stz738
  6. Biersteker J.B., Schlichting H.E. Losing oceans: The effects of composition on the thermal component of impact-driven atmospheric loss // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 2021. V. 501. P. 587–595. https://doi.org/10.1093/mnras/staa3614
  7. Brugger B., Mousis O., Deleuil M., Deschamps F. Constraints on super-Earth interiors from stellar abundances // Astrophys. J. 2017. V. 850. ID 93 (12 p.). https://doi.org/10.3847/1538-4357/aa965a
  8. Chen H., Rogers L.A. Evolutionary analysis of gaseous sub-Neptune-mass planets with MESA // Astrophys. J. 2016. V. 831. ID 180 (18 p.). https://doi.org/10.3847/0004-637X/831/2/180
  9. Evdokimov R.A., Shematovich V.I. The evolutionary history of the atmosphere of the young mini-Neptune HD 207496b // Sol. Syst. Res. 2025. V. 59:22 (13 p.). https://doi.org/ 10.1134/S0038094624601579.
  10. Fulton B.J., Petigura E.A., Howard A.W., Isaacson H., Marcy G.W., Cargile P.A., Hebb L., Weiss L.M., Johnson J.A., Morton T.D., and 3 co-authors. The California-Kepler survey. III. A gap in the radius distribution of small planets // Astron. J. 2017. V. 154. ID 109 (19 p.). https://doi.org/10.3847/1538-3881/aa80eb
  11. Ginzburg S., Schlichting H.E., Sari R. Super-Earth atmospheres: Self-consistent gas accretion and retention // Astrophys. J. 2016. V. 825. ID 29 (12 p.). https://doi.org/10.3847/0004-637X/825/1/29
  12. Ginzburg S., Schlichting H.E., Sari R. Core-powered mass loss and the radius distribution of small exoplanets // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 2018. V. 476. P. 759–765. https://doi.org/10.1093/mnras/sty290
  13. Gupta A., Schlichting H.E. Sculpting the valley in the radius distribution of small exoplanets as a by-product of planet formation: the core-powered mass-loss mechanism // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 2019. V. 487. P. 24–33. https://doi.org/10.1093/mnras/stz1230
  14. Haldemann J., Alibert Y., Mordasini C., Benz W. AQUA: a collection of H2O equations of state for planetary models // Astron. and Astrophys. 2020. V. 643. ID A105 (18 p.). https://doi.org/10.1051/0004-6361/202038367
  15. Kasting J.F., Pollack J.B. Loss of water from Venus. I. Hydrodynamic escape of hydrogen // Icarus. 1983. V. 53. P. 479–508. https://doi.org/10.1016/0019-1035(83)90212-9
  16. Kubyshkina D.I., Fossati L. Extending a grid of hydrodynamic planetary upper atmosphere models // Res. Notes AAS. 2021. V. 5. ID 74 (3 p.). https://doi.org/ 10.3847/2515-5172/abf498
  17. Lammer H., Selsis F., Ribas I., Guinan E.F., Bauer S.J., Weiss W.W. Atmospheric loss of exoplanets resulting from stellar X-ray and extreme-ultraviolet heating // Astrophys. J. Lett. 2003. V. 598. P. L121–L124. https://doi.org/10.1086/380815
  18. Linder E.F., Mordasini C., Mollière P., Marleau G.-D., Malik M., Quanz S.P., Meyer M.R. Evolutionary models of cold and low-mass planets: Cooling curves, magnitudes, and detectability // Astron. and Astrophys. 2019. V. 623. ID A85 (24 p.). https://doi.org/10.1051/0004-6361/201833873
  19. Micela G., Cecchi-Pestellini C., Colombo S., Locci D., Petralia A. Planet interactions at a young age // Astron. Nachr. 2022. V. 343. ID e10097. https://doi.org/10.1002/asna.20210097
  20. Modirrousta-Galian D., Korenaga J. The three regimes of atmospheric evaporation for super-Earths and sub-Neptunes // Astrophys. J. 2023. V. 943. ID 11 (27 p.). https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac9d34
  21. Mol Lous M., Helled R., Mordasini C. Potential long-term habitable conditions on planets with primordial H-He atmospheres // Nature Astron. 2022. V. 6. P. 819–828. https://doi.org/10.1038/s41550-022-01699-8
  22. Mordasini C. Planetary evolution with atmospheric photoevaporation. I. Analytical derivation and numerical study of the evaporation valley and transition from super-Earths to sub-Neptunes // Astron. and Astrophys. 2020. V. 638. ID A52 (31 p.). https://doi.org/10.1051/0004-6361/201935541
  23. Mordasini C., Alibert Y., Georgy C., Dittkrist K.-M., Klahr H., Henning T. Characterization of exoplanets from their formation. II. The planetary mass-radius relationship // Astron. and Astrophys. 2012. V. 547. ID A112 (36 p.). https://doi.org/10.1051/0004-6361/201118464
  24. Nardiello D., Murphy J.M.A., Spinelli R., Baratella M., Desidera S., Nascimbeni V., Malavolta L., Biazzo K., Maggio A., Locci D., and 27 co-authors. The GAPS Programme at TNG. LXV. Precise density measurement of TOI-1430 b, a young planet with an evaporating atmosphere // Astron. and Astrophys. 2024. V. 693. ID A32 (26 p.). https://doi.org/10.1051/0004-6361/202452236
  25. Otegi J.F., Bouchy F., Helled R. Revisited mass–radius relations for exoplanets below 120 M⊕ // Astron. and Astrophys. 2020. V. 634. ID A43 (12 p.). https://doi.org/10.1051/0004-6361/201936482
  26. Owen J.E. Atmospheric escape and the evolution of close-in exoplanets // Ann. Rev. Earth and Planet. Sci. 2019. V. 47. P. 67–90. https://doi.org/10.1146/annurev-earth-053018-060246
  27. Owen. J.E., Mohanty S. Habitability of terrestrial-mass planets in the HZ of M dwarfs. I. H/He-dominated atmospheres // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 2016. V. 459. P. 4088–4108. https://doi.org/10.1093/mnras/stw959
  28. Owen J.E., Schlichting H.E. Mapping out the parameter space for photoevaporation and core-powered mass-loss // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 2024. V. 528. P. 1615–1629. https://doi.org/10.1093/mnras/stad3972
  29. Shematovich V.I., Marov M.Ya. Escape of planetary atmospheres: physical processes and numerical models // Phys. Uspekhi. 2018. V. 61. P. 217–246. https://doi.org/10.3367/UFNe.2017.09.038212
  30. Simonova A.A., Shematovich V.I. Approximate calculation of the thermal loss of the atmosphere of a hot exoplanet in a low orbit with taking into account the ellipticity // Astrophys. Bull. 2023. V. 78. P. 214–221. https://doi.org/10.1134/S1990341323020098
  31. Tian F. Atmospheric escape from Solar System terrestrial planets and exoplanets // Ann. Rev. Earth and Planet. Sci. 2015. V. 43. P. 459–476. https://doi.org/10.1146/annurev-earth-060313-054834
  32. Watson A.J., Donahue T.M., Walker J.C.G. The dynamics of a rapidly escaping atmosphere: Applications to the evolution of Earth and Venus // Icarus. 1981. V. 48. P. 150–166. https://doi.org/10.1016/0019-1035(81)90101-9

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».