Астрономія
Астрономія

Гарячим кам’янистим екзопланетам дозволили мати насичену водою атмосферу

Дослідники встановили, що кам’янисті екзопланети радіусом від 1 до 1,7 радіусів Землі з орбітальним періодом від 10 до 100 днів у деяких випадках можуть тривалий час зберігати насичену водою атмосферу. Механізм, завдяки якому це можливо, описаний у статті в журналі Astrophysical Journal Letters.

Художнє зображення екзопланети WASP-121b, яка має воду в своїй атмосфері. Engine House VFX, At-Bristol Science Centre, University of Exeter

Художнє зображення екзопланети WASP-121b, яка має воду в своїй атмосфері. Engine House VFX, At-Bristol Science Centre, University of Exeter

Що відомо про атмосфери гарячих кам’янистих екзопланет?

Навколо більшості схожих на сонце зірок обертаються гарячі кам’янисті екзопланети з орбітальним періодом менше 100 днів. Їхня густина вказує на те, що такі світи в основному складається з заліза та силікатів. Але чи мають ці планети атмосферу? Телескоп імені Джеймса Вебба, який має запрацювати найближчим часом, дозволить точно відповісти на це питання. Поки що теоретичні дані свідчать про те, що близько 80% гарячих надземель спершу утворилися як субнептуни. Такі планети мали густу атмосферу, насичену молекулярним воднем, поверх океану силікатної магми. Згодом ця їхня оболонка була втрачена через планетарний вітер. Майже повсюдне поширення такого процесу атмосферних втрат, здатного зменшити обсяг планети вдвічі, свідчить про те, що надземлі, які спершу утворилися як субнептуни, не матимуть первісної атмосфери. Дослідники пропонують різні шляхи, якими такі екзопланети можуть повернути собі атмосферу.

Що досліджували вчені?

Астрономи вирішили дослідити механізми, за яких екзопланети, народжені з густою оболонкою молекулярного водню, можуть знову отримати атмосферу після її руйнування. Зокрема, вони аналізували реакції між силікатною магмою і цією водневою оболонкою. У результаті взаємодії водню з оксидом заліза у магмі утворюється вода. Вчені з’ясовували, що з нею станеться після втрати водневої оболонки: вона втече у космос під дією планетарного вітру, переокислить магму чи у формі пари утворить навколо планети оболонку.

Що показали результати?

Моделювання демонструє, що додавання, а потім видалення атмосфери з молекулярним воднем утворює на гарячих екзопланетах насичену водою атмосферу. Рання взаємодія магми з оболонкою транспортує електрони з молекулярного водню, утворюючи залізо з високою густиною. Цей метал опускається до рідкого ядра. Потім атмосфера і магма окислюються, формується оксид заліза і вода, яка розчиняється в магмі. Атмосфера утворюється за рахунок цього масивного резервуару. Таким чином, якщо взаємодія магми з атмосферою є ефективною на початку історії субнептуна, тоді під час перетворення у надземлю відбувається відновлення більше 80% атмосферного об’єму, тоді як більша частина леткої маси залишається. Таким чином, надземлі можуть підтримувати атмосферу з водяної пари від 150 до 500 кілометрів завтовшки тривалий час.

Нещодавно астрономи змоделювали, як схожа на Землю екзопланета втратила атмосферу і знову відновила її завдяки вулканізму. Крім того, вчені з’ясували, що різниця між субнептунами і надземлями може виникати від самого їхнього формування. Детальніше про світи за межами Сонячної системи можна почитати у нашому матеріалі «Що таке екзопланети?»

надземель
Автори дослідження визачають їх як екзопланети розміром від 1 до 1,7 радіусів Землі
субнептуни
За визначенням авторів дослідження, екзопланети розміром від 1,8 до 4 земних радіусів