Ученые выяснили, что самый распространенный класс планет в Галактике, по всей видимости, имеет совсем не такое строение, как Земля. Вместо привычных слоев из металлического ядра и каменной мантии их недра могут представлять собой однородную смесь железа, силикатов и водорода.
Земля как исключение
Планетологи долго считали, что все каменные планеты формируются примерно одинаково. В расплавленной молодой планете тяжелые металлы под действием гравитации концентрируются в центре и образуют ядро, более легкие силикаты формируют мантию и кору над ним, а газы вытесняются и становятся атмосферой. Для Земли такая схема действительно работает.
Однако исследование, представленное в журнале Astrophysical Journal, ставит эту картину под сомнение для большинства экзопланет. Самый распространенный класс миров у других звезд — субнептуны, то есть планеты больше Земли, но меньше Нептуна. Их близкие родственники, суперземли, несколько меньше по размеру и, вероятно, давно потеряли большую часть своего водорода.
Что происходит внутри субнептуна
Дело в том, что при давлении и температуре внутри субнептуна вещества ведут себя совсем не так, как на поверхности нашей планеты. Уже при 4000 градусов по Кельвину водород и расплавленный силикат становятся полностью смешиваемыми. Они перестают существовать отдельно и образуют единую жидкость.
Авторы смоделировали, что это означает для внутреннего строения таких планет. Оказалось, что при достаточном количестве водорода вся внутренняя часть становится однородной смесью железа, силикатов и водорода. Без ядра, без мантии.
Почему это важно
Внутреннее строение определяет, как планета остывает, удерживает атмосферу и изменяет свой радиус со временем. Новое моделирование объясняет несколько особенностей, с которыми старые модели не справлялись. Среди них есть так называемый разрыв радиусов, то есть заметный дефицит планет с размерами между суперземлями и субнептунами, зафиксированный телескопами James Webb и Kepler.
Еще одной особенностью является зависимость радиуса от орбитального периода. Оба явления естественно вытекают из модели, если предположить, что молодые субнептуны сохраняют значительную долю водорода внутри смешанных недр, а затем медленно высвобождают его наружу в течение сотен миллионов лет по мере охлаждения.
Как это проверить
Если водород действительно постепенно выделяется из недр в атмосферу, молодые субнептуны должны сжиматься медленнее, чем предсказывают стандартные модели. Они будут выглядеть немного больше, чем следовало бы для их возраста. Астрономы уже начинают обнаруживать субнептуны у очень молодых звезд, которым всего лишь десятки миллионов лет. James Webb и новое поколение транзитных обзоров смогут это измерить.
Авторы признают ограничения работы. Модель опирается на теоретические экстраполяции поведения водорода, силикатов и железа в условиях, которые пока невозможно воспроизвести в лаборатории, хотя эксперименты со сверхвысокими давлениями постепенно приближаются к нужным параметрам.
Источник: space.com
