Астрономы обнаружили, что у многих субнептунов твердая поверхность, а не магматический океан, как предполагалось ранее
Ученые пересмотрели представления о строении планет, масса которых значительно выше Земли, но ниже Нептуна. Международный коллектив астрономов провел масштабное компьютерное моделирование и выяснил, что значительная часть так называемых субнептунов может не иметь расплавленных океанов на границе газовой оболочки и каменистого ядра. Раньше считалось, что такие магматические океаны есть практически у всех планет этого класса. Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Команда под руководством Боди Брезы построила более 312 тысяч моделей внутреннего строения экзопланет и определила, при каких условиях их поверхность остается твердой, а не расплавленной. Оказалось, что ключевую роль играют два фактора: масса газовой оболочки планеты и средний молекулярный вес ее атмосферы. Планеты с тяжелыми атмосферами — богатыми металлами и водой — создают такое высокое давление на границе между газом и камнем, что силикаты переходят в твердую форму. Таким образом, магматический океан на них просто не может существовать.
В последние годы космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил нескольких субнептунов с необычно тяжелыми атмосферами — например, у планеты GJ 1214 b обнаружена атмосфера в 300 раз более богатая металлами, чем земная. Анализ показал, что именно такие планеты, скорее всего, лишены магматических океанов. Авторы исследования применили свои выводы к десяти известным экзопланетам и выяснили, что у почти всех возможны сценарии существования твердой поверхности.
Физически это происходит двумя способами. В большинстве случаев — через фазовый переход: под экстремальным давлением камень превращается из жидкой магмы в твердое вещество под названием постперовскит. Во втором, менее вероятном сценарии планета просто остывает из-за возраста и расплавленный камень переходит в твердую фазу, как это когда-то произошло с магматическим океаном Земли.
Возраст планеты тоже влияет на результат моделирования. Молодые горячие планеты обычно удерживают магматические океаны, но исследователи выяснили, что даже относительно молодая горячая планета может остаться без них, если ее атмосфера достаточно тяжелая и массивная. Это означает, что некоторые субнептуны могли вообще не иметь долгого периода с активным магматическим океаном — он был слишком короток в их эволюционной истории.
До этого магматические океаны предполагались важным фактором в формировании атмосфер этих планет. Если магматических океанов нет или они существуют недолго, это кардинально меняет представление о том, как развиваются эти миры. Авторы подчеркивают, что будущие наблюдения с помощью «Джеймса Уэбба» должны учитывать эту возможность, а количество субнептунов с тяжелыми атмосферами может быть намного больше, чем считалось раньше.
Ранее астрономы зафиксировали рекордный скачок роста массы «планеты-изгоя», которая не вращается вокруг звезды, а свободно дрейфует в космосе. Наблюдения, проведенные с помощью «Очень большого телескопа» Европейской южной обсерватории, показали: объект поглощает газ и пыль из окружающего пространства со скоростью 6 млрд тонн в секунду. Это самая высокая скорость роста, когда-либо зарегистрированная для планеты любого типа.