Миры, полностью покрытые водой и при этом расположенные очень близко к своему солнцу, — одна из загадок современной планетологии. Ученые уверены, что изначально сформироваться «влажными» такие планеты не могли. Недавний эксперимент показал, что вместо этого мини-нептун может самостоятельно производить огромные массы воды.
В 73 световых годах от нас, в созвездии Живописец, есть красный карлик TOI-270, вокруг которого наблюдают три экзопланеты. Все они расположены намного ближе к нему, чем Меркурий к Солнцу. При этом две из трех — субнептуны, то есть миниатюрные «копии» нашего ледяного гиганта. Такие планеты в несколько раз крупнее и массивнее Земли. Их также называют мини-нептунами и газовыми карликами.
Судя по невысокой плотности, эти планеты состоят из твердого ядра, окруженного оболочкой из водорода и других летучих веществ. Многие субнептуны, включая TOI-270 с и TOI-270 d, считают возможными мирами-океанами, а точнее — гикеанами, планетами, у которых одновременно есть вода и насыщенная водородом атмосфера. При этом газовые карлики нечасто находятся в зоне потенциальной обитаемости, то есть там, где может быть вода в жидком состоянии. В системе TOI-270 миры для этого расположены слишком близко к своему солнцу.
В любом случае практически все известные субнептуны держатся намного ближе «снеговой линии» в своей системе. Это невидимая граница вокруг звезды, за которой расстояния от нее позволяют частицам водяного льда удерживаться на крупинках твердого вещества. По сложившимся представлениям ученых, на этапе формирования миров в протопланетном диске только в этой «снеговой» зоне могут зарождаться планеты, богатые водой.
Поэтому возникает вопрос: каким образом предполагаемые планеты-океаны оказываются там, где они возникнуть не могли? До сих пор основной версией считали миграцию этих миров: они появляются во внешних областях своих систем, а потом перемещаются ближе. В то же время в таком случае высок риск неудачного «маневра» мигрирующей планеты и ее уничтожения гравитацией звезды.
Недавно ученые из Аризонского университета (США) и Открытого университета Израиля предложили интересную альтернативную версию в своей статье для издания Nature: по их мнению, субнептуны могут создавать свои океаны сами. Исследователи решили проверить свое подозрение экспериментально — поместили образцы оливина и других твердых пород в камеру, заполненную водородом, затем подвергали среду давлению примерно до 420 тысяч атмосфер и нагреву до 3651 градуса Цельсия. Таким образом ученые попытались воспроизвести условия внутри субнептунов, на границе между ядром и мантией.
Догадка планетологов подтвердилась: из расплавленных минералов в камере высвобождался кислород, потом он вступал в реакцию с окружающим водородом, и так образовывалась вода. Притом не в ничтожных количествах, как ранее теоретически предполагали, а в объемах очень больших — до 18 процентов общей массы всего использованного вещества. По расчетам, на самом деле субнептун может превратить в воду даже около 29 процентов своей массы.
Ученые пришли к выводу, что изначально субнептуны действительно могут формироваться как чисто «водородные», то есть «сухие», но вблизи звезды со временем покрыться водой. По этой концепции, планеты-океаны — более поздний этап эволюции газовых карликов. Отметим, что вышеупомянутой звезде TOI-270 — а значит, и ее планетам — как минимум миллиард лет.