Исследование, проведенное учеными Чикагского университета, предполагает, что обширная категория экзопланет, известных как субнептуны, может содержать объемы воды, превышающие ранее предполагаемые.
Открытие опубликовано в научном журнале
Исследование, опубликованное в прошлый понедельник (13-го) в журнале The Astrophysical Journal, указывает на то, что на некоторых мирах, расположенных за пределами Солнечной системы, вода может быть сконцентрирована в глубоких внутренних слоях. Из-за этого современные наблюдательные инструменты, включая космический телескоп Джеймса Уэбба, не могут обнаружить ее напрямую.
Анализ моделей и конкретных планет
Исследователи пришли к этому выводу, изучив физико-химические модели таких планет, как TOI-270 d, расположенной в созвездии Пикто. Основное внимание в исследовании было уделено пониманию того, как атмосферный состав этих тел может маскировать характеристики, присутствующие в их недрах.
Симуляции показали, что вода может оставаться скрытой внутри экзопланет. Субнептуны составляют одну из наиболее часто встречающихся планетарных популяций в галактике, но остаются одними из самых сложных объектов для понимания. Хотя они меньше Нептуна, у них недостаточно атрибутов, чтобы классифицировать их как каменистые планеты, подобные Земле.
Ограничения атмосферных наблюдений
Поскольку нет известного аналога в нашей Солнечной системе, ученые полагаются на симуляции для оценки состава этих миров. Современные теории предполагают переменную смесь камня, газов и воды, но точное соотношение этих элементов до сих пор неизвестно.
Космический телескоп Джеймса Уэбба помогает анализировать молекулы в атмосферах далеких планет, наблюдая за звездным светом, проходящим через эти газовые оболочки во время транзитов планет. Этот метод полезен для идентификации химических веществ, но не раскрывает автоматически внутреннюю структуру этих миров.
Основная проблема заключается в установлении связи между тем, что видно в атмосфере, и структурой более глубоких слоев планеты. Команда под руководством Кэролайн Пиаулет-Горайеб исследовала именно эту связь, просматривая модели распределения материалов внутри субнептунов.
Пересмотр гипотезы о однородной смеси
Исследование опровергло предыдущее предположение ученых: идею о том, что, будучи горячими планетами, их молекулы распределены равномерно, позволяя атмосфере отражать состояние остальной части планеты. Новые расчеты показали, что эта гомогенизация может быть не такой простой. В зависимости от состава и внутренних условий, вода и водород могут разделяться.
В мирах с более холодными атмосферами или с высокой концентрацией воды этот элемент может мигрировать в области ниже слоев, доминируемых водородом, делая сигнатуру воды недоступной для телескопов.
Свидетельства, найденные на TOI-270 d
Для изучения этого сценария исследователи использовали экзопланету TOI-270 d в качестве эталона. Наблюдения Уэбба обнаружили атмосферные признаки водорода, метана и углекислого газа — комбинация, которая, по мнению ученых, может указывать на наличие больших объемов воды.
Однако вода не ведет себя однозначно в экстремальных условиях; она может существовать в различных физических состояниях, включая сверхкритическое жидкое состояние, которое возникает при чрезвычайно высоком давлении и температуре. Команда оценила, как изменения в соотношении водорода и воды изменяют архитектуру планеты, придя к выводу, что небольшие изменения в составе могут изменить внутреннее распределение этих материалов.
Будущие перспективы и важность воды
Элиза Кемптон, соавтор исследования, пояснила, что текущие методологии еще не позволяют подтвердить, принадлежит ли TOI-270 d к группе планет с глубокой водой или к другой классификации. Она заявила: «При использовании современных методов мы еще не можем подтвердить или исключить, к какой категории относится планета TOI-270 d».
Даже если эти миры не имеют идеальных условий для жизни человека, понимание их состава способствует объяснению планетарного формирования и эволюции. Вода имеет решающее значение в исследованиях потенциально обитаемых сред, но ее обнаружение на далеких планетах затруднено, поскольку ее присутствие может быть ошибочно принято за смеси камня и газов.
Лесли Роджерс, соавтор и доцент, отметила, что сложность связана с физическими свойствами молекулы: «Вода имеет промежуточную плотность, поэтому ее можно имитировать смесью камня и газа». Для Кэролайн Пиаулет-Горайеб, постдокторанта в Чикагском университете и первого автора, это открытие подчеркивает, что наблюдения новых телескопов следует интерпретировать с осторожностью, поскольку «очень вероятно, что эти планеты скрывают гораздо больше воды, чем показывают их атмосферы».
Исследование подтверждает, что атмосферные данные, полученные с помощью передовых телескопов, представляют собой лишь одну грань этих миров, оставляя внутренний состав экзопланет открытым вопросом для астрономии.
