Ученые обнаружили, что планет, которые имеют атмосферу и гидросферу и по размеру похожи на Землю, может оказаться значительно больше, чем считалось до сих пор. По крайней мере, на такой вывод их привело исследование суперземель и мининептунов.
Новая модель планетообразования
Новое исследование исследователей Университета Райса Шо Шибата и Андре Изидоро представляет новую убедительную модель формирования суперземли и мининептунов — планет, которые в 1–4 раза больше Земли и являются одними из самых распространенных в нашей галактике. Используя современные симуляции, исследователи предполагают, что эти планеты возникают из отдельных колец планетезималей, что позволяет по-новому взглянуть на эволюцию планет за пределами Солнечной системы. Результаты исследования были недавно опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Десятилетиями ученые дискутировали о том, как формируются суперземли и мининептуны. Традиционные модели предполагают, что планетезимали, крошечные строительные блоки планет, формируются в широких областях диска молодой звезды. Но Шибата и Изидоро предлагают другую теорию. Эти материалы, вероятно, объединяются в узкие кольца в определенных местах на диске, что делает формирование планет более организованным, чем считалось ранее.
«Эта работа особенно важна, поскольку она моделирует формирование суперземель и мининептунов, которые считаются самыми распространенными типами планет в галактике, — сказал Шибата, постдоктор наук о Земле, окружающей среде и планетарных науках. — Один из наших ключевых выводов заключается в том, что пути формирования Солнечной системы и экзопланетных систем могут иметь фундаментальное сходство».
Компьютерные симуляции планетообразования
Используя современные симуляции N-тел — компьютерные модели, которые анализируют, как объекты взаимодействуют через гравитацию, исследователи изучали формирование планет в двух разных регионах: один в пределах 1,5 астрономических единиц (а.е.) от звезды-хозяина, а другой — за пределами 5 а.е., вблизи водной снежной линии. Моделирование отслеживало столкновения, рост и миграцию планетезималей на протяжении миллионов лет. Результаты показали, что суперземли формируются преимущественно путем аккреции планетезималей во внутреннем диске, тогда как мининептуны развиваются за пределами снежной линии, преимущественно путем аккреции камней.
«Наши результаты свидетельствуют о том, что суперземли и мининептуны формируются не из непрерывного распределения твердого материала, а скорее из колец, которые концентрируют большую часть массы в твердых веществах», — сказал Изидоро, доцент кафедры наук о Земле, окружающей среде и планетарных наук.
Модель исследователей успешно воспроизводит ключевые особенности экзопланетных систем, включая «долину радиусов» — заметный дефицит планет, которые примерно в 1,8 раза превышают размер Земли. Зато экзопланеты обычно распределяются в две группы по размеру: примерно в 1,4 и 2,4 раза больше Земли. Их модель объясняет этот разрыв, предполагая, что планеты, меньше радиуса Земли в 1,8 раза, в основном являются каменистыми суперземлями, тогда как большие — богатыми на воду мининептунами, что тесно связано с реальными наблюдениями.
Прогнозирование землеподобных экзопланет
Исследование также дает представление об однородности размеров, наблюдаемой в многопланетных системах. Многие экзопланетные системы имеют вид «горошины в стручке», когда планеты в пределах одной системы поразительно похожи по размеру. Кольцевая модель естественным образом создает эту однородность, контролируя, как планеты формируются и растут в соответствующих кольцах.
Моделирование Шибаты и Изидоро также согласуется с наблюдаемым распределением планетных орбит, что подкрепляет идею о том, что планеты возникают в определенных местах, а не случайно разбросаны по диску.
Помимо объяснения этих наблюдений, модель также позволяет проводить прогнозный анализ формирования планет и даже намекает на возможность существования других тел, подобных Земле. Изидоро говорит, что, хотя это будет редким явлением, каменистые планеты в пригодной для жизни зоне могут образоваться в результате столкновения гигантов на поздних стадиях, подобно тому, как образовались Земля и ее спутник.
Значение для будущих исследований
«Согласно нашим прогнозам, около 1% систем суперземля и мининептун могут содержать планеты, похожие на Землю, в пределах пригодной для жизни зоны своих звезд», — отметил Изидоро. — Хотя эта доля относительно невелика, учитывая, насколько распространены суперземли и мининептуны, она означает, что примерно одна планета, похожая на Землю, приходится на 300 звезд, подобных Солнцу».
Забегая вперед, можно сказать, что эти выводы могут иметь глубокие последствия для будущих исследований экзопланет. «Эти прогнозы будут проверены с помощью будущих телескопов, что даст нам важную информацию о формировании планет и их пригодности к жизни», — сказал Шибата. — Если будущие наблюдения подтвердят наши прогнозы, это может полностью изменить понимание того, как формируются планеты — не только в нашей Галактике, но и во всей Вселенной».
По материалам phys.org
