Французские планетологи выяснили, что суперземли и богатые водой субнептуны могут принадлежать к одному семейству планет. При этом среди субнептунов могут быть планеты с водной оболочкой в сверхкритическом состоянии, в то время как раньше считалось, что большинство планет этого класса имеют богатую водородом и гелием атмосферу. Статья опубликована в The Astrophysical Journal Letters.
Среди более 4000 известных к настоящему времени экзопланет больше половины — это небольшие планеты с радиусами от 1 до 3,9 земных. Самые интересные и загадочные с точки зрения происхождения из них — это субнептуны (планеты с радиусом больше 1,6 земного, меньшей, чем у Земли, плотностью и периодом обращения менее 100 дней): принято считать, что они состоят из твердого ядра и богатой водородом и гелием газовой оболочки, масса которой может составлять до 30 процентов от массы планеты.
Кроме того, спектроскопические исследования показывают наличие в атмосферах некоторых субнептунов водяного пара. Его уже обнаруживали, например, в атмосфере планеты K2-18b, обращающейся за 33 дня вокруг красного карлика в созвзедии Льва на расстоянии 111 световых лет от Солнечной системы, а также в атмосфере HAT-P-26b, которая делает оборот вокруг оранжевого карлика в созвездии Девы за четыре с небольшим дня.
Чтобы разобраться в вопросе происхождения субнептунов подробнее, Оливье Муси (Olivier Mousis) из французского Университета Экс-Марсель и его коллеги сопоставили две уже существующие модели: модель внутреннего строения планет земного типа и модель атмосферы, в которой преобладает водяной пар. На основе этого они разработали модель, которая объясняет происхождение субнептунов и суперземель.
Ученые предположили, что планетезимали, из которых сформировались небольшие планеты, родились в холодных регионах протопланетных дисков, и поэтому содержали значительное количество водяного льда. В дальнейшем эти тела мигрировали во внутреннюю, находящуюся ближе к родительской звезде, область диска. Исследователи отмечают, что в Солнечной системе широко распространены содержащие воду тела — например, Европа, Титан, Энцелад, Плутон — а те планетезимали, из которых сформировались Нептун и Уран, тоже, скорее всего, были насыщены водой.
Находясь рядом с сильным источником излучения — звездой — и испытывая парниковый эффект в атмосфере, богатые водой небольшие планеты могут сформировать сильно раздутую гидросферу в сверхкритическом состоянии, в котором исчезают различия между жидкой и газовой фазой. В результате их радиус больше, чем у похожих тел, которые находятся дальше от звезды и бедны водой. Интересно, что экзопланеты, которые точно отвечают массе и радиусу Нептуна, согласно разработанной модели могут быть соотнесены с океаническими планетами, которые содержат до 70 процентов воды в сверхкритическом состоянии — в зависимости от типа родительской звезды и расстояния от звезды до планеты.
Планетологи отметили, что разработанную ими модель можно усовершенствовать, если провести более детальный анализ атмосфер экзопланет, однако полагают, что наличие субнептунов с гидросферой в сверхкритическом состоянии представляет собой интересную альтернативу существующей концепции, в которой друг другу противопоставлены планеты земного типа и планеты-гиганты, богатые водородом и гелием.
