«Паровые миры»: новая модель астробиологов раскроет истинную природу субнептунов
Самый распространенный тип планет за пределами Солнечной системы — это горячие субнептуны, в атмосфере которых преобладает пар. Но как они устроены, до сих пор остается загадкой, ведь они не похожи на объекты нашей звездной системы. Теперь астробиологи из Калифорнийского университета в Санта-Крузе создали модель, которая поможет заглянуть вглубь этих космических тел, понять их состав и, возможно, найти обитаемые планеты.
Эти загадочные паровые планеты относятся к классу субнептунов. Такое название они получили потому, что по размеру и массе находятся между Землей и Нептуном. Астробиологи считают, что внутри они богаты водой. Однако субнептуны вращаются очень близко к своим звездам, поэтому на их поверхности слишком жарко для жидкой воды, которая необходима для жизни в нашем понимании. Вместо этого они окутаны плотной атмосферой из водяного пара. Такие планеты и называют «паровыми мирами».
Новая научная работа, опубликованная в журнале The Astrophysical Journal, предлагает более точный способ их изучения. Ее авторы — исследователь Артем Агишин, профессор Натали Баталья и профессор Джонатан Фортни. По словам Агишина, когда ученые поймут, как формируются самые распространенные планеты во Вселенной, они смогут сосредоточиться на поиске более редких миров, которые действительно могут быть обитаемы.
До недавнего времени для описания субнептунов ученые использовали модели, которые изначально создавали для изучения ледяных спутников в нашей Солнечной системе, например, Европы у Юпитера или Энцелада у Сатурна. Однако они сильно отличаются от «паровых миров». Ледяные спутники — это небольшие холодные тела с ледяной корой и океанами жидкой воды под ней. Субнептуны же в сотни раз массивнее и гораздо горячее. У них нет ледяной коры или привычных нам океанов.
Недавно космический телескоп «Джеймс Уэбб» подтвердил наличие водяного пара на нескольких таких планетах, и ожидается, что он изучит еще десятки. Поэтому точные модели важны, чтобы связать данные с телескопа с тем, что находится в недрах этих планет.
Новая модель учитывает, что под густой паровой атмосферой субнептунов вода находится в состоянии, которое называют сверхкритическим. Это особое состояние вещества, когда оно ведет себя не как газ и не как жидкость, а обладает свойствами обоих. Ученые воссоздавали сверхкритическую воду в лабораториях и знают, что ее поведение очень сложное, поэтому и моделировать его трудно.
Более того, некоторые расчеты показывают, что еще глубже, под огромным давлением и температурой, вода может переходить в другую форму — суперионный лед. В этом состоянии молекулы воды перестраиваются так, что ионы водорода могут свободно перемещаться сквозь решетку из ионов кислорода. Предполагается, что суперионный лед существует в недрах Урана и Нептуна. Модель команды из Санта-Круза впервые учитывает все эти сложные состояния воды.
Важное отличие новой модели также в том, что она рассматривает планеты не в статике, а в динамике. Она учитывает их эволюцию на протяжении миллионов и миллиардов лет, ведь свойства планет со временем сильно меняются.
Вскоре точность модели проверят на практике. Данные для этого предоставит как «Уэбб», так и будущая миссия Европейского космического агентства PLATO. Этот телескоп будет специально искать планеты размером с Землю в зоне обитаемости — на таком расстоянии от звезды, где может существовать жидкая вода. Эти наблюдения покажут, насколько точны предсказания ученых и в каком направлении нужно дорабатывать модели.
«Уэбб» уже давно помогает астрономам исследовать субнептуны. Ранее он помог изучить TOI-421 — уникальную горячую планету с прозрачной атмосферой.
Фото Artem Aguichine
Самое популярное
