Исследования группы астрономов показали существование экзопланет на половину состоящих из воды и камня, вращающихся вокруг красных карликов.
Детальный анализ масс и радиусов всех 43 известных экзопланет, вращающихся вокруг карликов класса М, которые составляют 80% звезд Млечного Пути, привел к удивительному открытию, полностью под руководством исследователей Рафаэля Луке из Чикагского университета и Института de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) и Энрика Палле из IAC и Университета Ла-Лагуна (ULL).
Мы обнаружили первое экспериментальное свидетельство того, что существует население водных миров, которое на самом деле почти так же многочисленно, как планеты, подобные Земле, — объясняет Луке.
Исследование показало, что гораздо больше планет, чем считалось ранее, могут содержать большое количество воды, которое может составлять до 50% от общей массы планеты.
Когда ученые проанализировали экзопланеты, они обнаружили нечто неожиданное: плотность большого процента планет предполагала, что они слишком легкие для своего размера, чтобы полностью состоять из горных пород. По этой причине они считают, что планеты должны состоять наполовину из горных пород и наполовину из воды или других более легких элементов.
Мы обнаружили, что плотность, а не радиус, как считалось ранее, отделяет сухие планеты от влажных, — объясняет Луке.
Однако эти планеты вращаются так близко к своим звездам, что любая вода на их поверхности должна существовать в сверхкритической газовой фазе, что увеличивает их размер. Поэтому ученые считают, что в этой популяции вода, вероятно, связана с горными породами или находится в замкнутых объемах под поверхностью, а не течет, как океаны или реки. Эти условия были бы аналогичны условиям на спутнике Юпитера в Европе, но сильно отличались бы от того, что происходит на нашей планете.
Земля — сухая планета, хотя ее поверхность в основном покрыта водой, что придает ей голубой цвет. Вода на Земле составляет всего 0,02% от ее общей массы, в то время как в этих водных мирах она составляет 50% от массы планеты, — отмечает Палле.
Благодаря этому открытию впервые было подтверждено существование экзопланет нового типа.
Мы обнаружили, что малые планеты, вращающиеся вокруг этих типов звезд, можно разделить на три разных семейства: каменистые планеты, очень похожие на Землю, водные планеты половинной массы, которые мы называем водными мирами, и мининептуны с толстой атмосферой из водорода и гелия, — говорит Палле.
Это открытие противоречит широко распространенному мнению, что эти миры либо очень сухие и каменистые, либо имеют очень обширную и толстую атмосферу из водорода и/или гелия. Напротив, это исследование предполагает, что, в отличие от каменистых планет, эти богатые водой миры образовались за пределами так называемой линией льда, где температура была достаточно низкой, чтобы все легкие соединения, такие как вода, затвердели, образовав твердые зерна льда, а затем планеты мигрировали ближе к звезде.
Различие размеров и плотности экзопланет является следствием их образования на разном расстоянии от звезды, а не наличия или отсутствия атмосферы, — комментирует Палле.
Передовой анализ и многообещающее будущее
Подобно тому, как наблюдение за населением целого города может выявить тенденции, которые трудно различить на индивидуальном уровне, изучение населения планет помогло ученым выявить ранее неизвестные закономерности.
Из-за неопределенности в массах и радиусах наших измерений одна планета иногда могла подпадать более чем под одну категорию. Когда же мы наблюдаем за популяциец планет, как мы это сделали здесь, то можем выявить закономерности различных составов, — объясняет Луке.
По словам исследователей, следующие шаги, которые необходимо предпринять, — это понять внутреннюю структуру водных миров, то есть, где хранится вода, и могут ли эти планеты иметь небольшую атмосферу из обнаруживаемого водяного пара в сверхкритическом состоянии. Палле объясняет, что "только планеты в обитаемых зонах вокруг M-звезд могут быть исследованы на предмет их атмосферы с помощью космического телескопа имени Джеймса Уэбба (JWST) и будущих очень больших наземных телескопов".
Также важно понять, применимо ли наше открытие к населению малых планет, вращающихся вокруг других типов звезд. Измерить точные массы малых планет вокруг более крупных звезд сложнее, но вскоре эти данные должны быть доступны с использованием спектрографов последнего поколения, — подчеркивает Луке.
