Астрономы с помощью космического телескопа Хаббла искали водяной пар в атмосферах трех планет, вращающихся вокруг солнцеподобных звезд, и нашли почти сухие шары. Три планеты, HD 189733b, HD 209458b и WASP-12b, находятся на расстоянии от 60 до 90 световых лет от нас.
Эти огромные газовые миры горячие, их температура колеблется от 1100 до 2500 градусов по Цельсию, и они являются идеальными кандидатами для обнаружения водяного пара в их атмосферах. Однако, к удивлению ученых, изучаемые планеты содержат от 1/10 до 1/1000 количества воды, предсказываемого стандартными теориями формирования планет.
«Наши измерения воды на одной из планет, HD 209458b, являются самыми точными измерениями химического соединения на планете за пределами Солнечной системы, и теперь мы можем с гораздо большей уверенностью, чем когда-либо, сказать, что нашли воду на экзопланетах. Но мы обнаружили слишком мало воды, что было удивительно», — говорит доктор Никку Мадхусудхан из Института астрономии Кембриджского университета в Великобритании, который возглавляет исследование. Мадхусудхан сказал, что открытие представляет собой огромный вызов теории экзопланет. «Мы ожидали, что на всех этих планетах будет много воды. Нам необходимо пересмотреть закономерности формирования и миграции планет-гигантов, особенно «горячих юпитеров», и изучить, как они формируются.
Астроном отмечает, что результаты, полученные для больших горячих планет, вращающихся близко к своим звездам, также могут иметь серьезные последствия для поиска воды в зоне потенциальной жизни экзопланет размером с Землю. Инструменты будущих космических телескопов обязательно должны быть спроектированы с большей чувствительностью, если целевые планеты окажутся более сухими, чем ожидалось. «Мы должны быть готовы к гораздо меньшему изобилию воды, чем предполагалось, при поиске суперземли (каменистой планеты, в несколько раз более массивной, чем Земля)», — сказал Мадхусудхан.
Используя ближний инфракрасный спектр для наблюдения за планетами с помощью телескопа Хаббл, Мадхусудхан и его коллеги из Научного института космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд; Мэрилендский университет, Колледж-Парк в Мэриленде; Университет Джона Хопкинса в Балтиморе и Институт Данлэпа Университета Торонто в Онтарио, Канада, оценили количество водяного пара в атмосфере планет, опираясь на передовые компьютерные модели и статистические методы для объяснения данных. Эти планеты были выбраны потому, что они вращаются вокруг относительно ярких звезд, которые дают достаточно инфракрасного света для проведения наблюдений. Спектральные характеристики поглощения водяным паром в атмосфере планет накладываются на слабый свет звезд, пробивающийся сквозь атмосферы планет.
Обнаружение воды при транзите планет, наблюдаемом в наземные телескопы, практически невозможно, поскольку в атмосфере Земли содержится много воды, что искажает результаты наблюдений. «Нам действительно нужен космический телескоп Хаббла, чтобы проводить такие наблюдения», — сказал Николя Крузе из Института Данлэпа Университета Торонто и соавтор исследования.
Принятая в настоящее время теория образования планет-гигантов в нашей Солнечной системе говорит о так называемом аккреционное ядро, в котором планеты формируются вокруг молодой звезды в протопланетном диске, состоящем в основном из водорода, гелия и частиц льда и пыли, содержащих другие химические элементы. Частицы пыли слипаются, со временем образуя все более и более крупные зерна. Гравитационные силы диска сбрасывают более крупные частицы на эти зерна, пока они не образуют твердое ядро, которое в конечном итоге образует планету-гигант.
Эта теория предсказывает, что пропорции различных элементов на планете больше, чем у ее родительской звезды, особенно кислорода, которого должно быть намного больше. По мере формирования планеты-гиганта мы ожидаем, что кислород в ее атмосфере будет в основном содержаться в молекулах воды. По словам ученых, очень низкий уровень водяного пара в атмосферах изучаемых планет вызывает ряд вопросов о химическом составе, который приводит к образованию планет.
«Мы еще многого не знаем об экзопланетах, так что это открывает новую главу в понимании того, как формируются планеты и солнечные системы. Проблема в том, что мы предполагаем, что воды так же много, как и в нашей Солнечной системе. Результаты нашего исследования показали, что свойства воды могут быть намного слабее, чем ожидалось», — сказал Дрейк Деминг из Мэрилендского университета, руководивший исследованием.
