Новые исследования показывают, что самый распространенный тип планет в нашей галактике, совершенно не походит на Землю

Мы многое узнали о планетах, находящихся рядом с нами, и долгое время предполагали, что остальная часть галактики выглядит примерно так же. Каменистая планета означала четкую структуру: плотное металлическое ядро, силикатная мантия и тонкая атмосфера сверху. Эта картина вполне подходит для Земли.

Однако, согласно новой статье, представленной в Астрофизический журнал, этот подход может не работать для большинства каменистых планет во Вселенной. Наиболее распространенный тип планет, обнаруженных вокруг других звезд, относится к классу миров, называемых субнептунами: планеты, большие Земли, но меньшие Нептуна.

Их близкие родственники, суперземли, немного меньше и, вероятно, давно потеряли большую часть водорода. Согласно классическим представлениям, эти планеты формировались практически так же, как и Земля, только с разным количеством остаточного газа, накопленного сверху. Железо опускается в центр, силикатные породы плавают над ним, а водород находится сверху.

Но вот в чем загвоздка. При давлениях и температурах внутри субнептуновых планет водород, силикат и железо ведут себя совсем не так, как вблизи поверхности Земли. При температуре выше примерно 4000 градусов Кельвина водород и расплавленный силикат становятся полностью смешивающимися. Они перестают быть маслом и водой, превращаясь в одну жидкость. Авторы нового исследования, представленного в Astrophysical Journal и доступного в настоящее время на arXiv, выяснили, что это означает для структуры этих планет, и ответ оказался неожиданным.

Если планета поглощает менее одного процента своей массы водорода, она следует знакомому сценарию и образует отдельное металлическое ядро, как и Земля. Но если она поглощает больше водорода, вся внутренняя часть планеты превращается в единую, смешанную, бурлящую жидкость из железа, силикатов и водорода. Нет ядра. Нет мантии. Просто однородная смесь вплоть до нескольких тысяч километров от центра.

Это существенное отступление от того, как мы обычно изображаем эти миры в поперечном сечении. Внутренняя структура определяет, как планета охлаждается, как она удерживает свою атмосферу и как её радиус изменяется со временем. Авторы обнаружили, что эта модель смешиваемости может воспроизвести ряд особенностей, которые мы уже наблюдаем в популяции экзопланет и которые старые модели «слоёного пирога» с трудом могли объяснить.

Одной из таких особенностей является разрыв в радиусах — любопытный дефицит планет, находящихся прямо между размерами суперземли и субнептуна, который был выявлен космическими телескопами Джеймса Уэбба и Кеплер.

Ещё один аспект — зависимость радиуса планеты от орбитального периода. Оба фактора естественным образом вытекают из предположения, что молодые субнептуны хранят значительную часть своего водорода внутри этой области, подверженной смешиванию с атмосферой, а затем медленно высвобождают его во внешнюю оболочку по мере охлаждения планеты и уменьшения области смешиваемости. Водород буквально выплескивается из породы в течение сотен миллионов лет.

Здесь есть проверяемое следствие, и именно это делает данную работу чем-то большим, чем просто мысленным экспериментом. Если водород постепенно выделяется из недр галактик в атмосферу, то молодые субнептуны должны сжиматься медленнее, чем предсказывают стандартные модели.

Они должны выглядеть немного более выпуклыми для своего возраста. Сейчас мы начинаем обнаруживать субнептуны вокруг очень молодых звезд (космических малышей, которым всего десятки миллионов лет), где этот признак действительно можно измерить. Телескоп JWST и следующее поколение транзитных исследований позволят получить более точные данные.

Оговорки реальны. Модель основана на теоретических экстраполяциях поведения водорода, силикатов и железа в условиях, которые мы пока не можем воспроизвести в лаборатории, хотя эксперименты при высоком давлении начинают это делать. Внутренние тепловые балансы этих планет все еще неопределенны, и небольшие ошибки в этих параметрах влияют на предсказания.

А используемый авторами подход обратного моделирования (начиная с наблюдаемой популяции планет и двигаясь в обратном направлении к физике, которая ее породила) по своей сути является статистическим, а не детерминистическим.

Тем не менее, основное утверждение смелое и ясное. Самый распространенный тип планет в галактике может совсем не походить на Землю по внутреннему устройству. Привычное понятие планетарного ядра, этого небольшого плотного металлического «сердца», которое мы принимаем как должное, может быть скорее исключением, чем правилом. Земля может оказаться именно такой странной планетой.

_________________________________

Источник информации: arXiv

Фото 1: Источник изображения: Forplayday/iStock/Getty Images

Фото 2: Художественное изображение экзопланеты размером меньше Нептуна. Автор изображения: Пабло Карлос Будасси/Stocktrek Images/Getty Images. ЯEXPLORER | Космос