Науковці виявили, що планет, які мають атмосферу та гідросферу і за розміром схожі на Землю, може виявитися значно більше, ніж вважалося досі. Принаймні, на такий висновок їх навело дослідження суперземель та мінінептунів.
Нова модель планетоутворення
Нове дослідження дослідників Університету Райса Шо Шибата та Андре Ізидоро представляє нову переконливу модель формування суперземлі та мінінептунів — планет, які в 1–4 рази більші за Землю і є одними з найпоширеніших у нашій галактиці. Використовуючи сучасні симуляції, дослідники припускають, що ці планети виникають з окремих кілець планетезималей, що дозволяє по-новому поглянути на еволюцію планет за межами Сонячної системи. Результати дослідження були нещодавно опубліковані в журналі The Astrophysical Journal Letters.
Десятиліттями науковці дискутували про те, як формуються суперземлі та мінінептуни. Традиційні моделі припускають, що планетезималі, крихітні будівельні блоки планет, формуються у широких областях диска молодої зорі. Але Шибата та Ізидоро пропонують іншу теорію. Ці матеріали, ймовірно, об’єднуються у вузькі кільця в певних місцях на диску, що робить формування планет більш організованим, ніж вважалося раніше.
«Ця робота особливо важлива, оскільки вона моделює формування суперземель та мінінептунів, які вважаються найпоширенішими типами планет у галактиці, — сказав Шибата, постдоктор наук про Землю, навколишнє середовище та планетарні науки. — Один із наших ключових висновків полягає в тому, що шляхи формування Сонячної системи та екзопланетних систем можуть мати фундаментальну схожість».
Комп’ютерні симуляції планетоутворення
Використовуючи сучасні симуляції N-тіл — комп’ютерні моделі, які аналізують, як об’єкти взаємодіють через гравітацію, дослідники вивчали формування планет у двох різних регіонах: один у межах 1,5 астрономічних одиниць (а.о.) від зорі-господаря, а інший — за межами 5 а.о., поблизу водної снігової лінії. Моделювання відстежувало зіткнення, ріст і міграцію планетезималей упродовж мільйонів років. Результати показали, що суперземлі формуються переважно шляхом акреції планетезималей у внутрішньому диску, тоді як мінінептуни розвиваються за межами снігової лінії, переважно шляхом акреції каміння.
«Наші результати свідчать про те, що суперземлі та мінінептуни формуються не з безперервного розподілу твердого матеріалу, а скоріше з кілець, які концентрують більшу частину маси в твердих речовинах», — сказав Ізидоро, доцент кафедри наук про Землю, навколишнє середовище і планетарні науки.
Модель дослідників успішно відтворює ключові особливості екзопланетних систем, включаючи «долину радіусів» — помітний дефіцит планет, які приблизно в 1,8 раза перевищують розмір Землі. Натомість екзопланети зазвичай розподіляються у дві групи за розміром: приблизно в 1,4 та 2,4 раза більші за Землю. Їхня модель пояснює цей розрив, передбачаючи, що планети, менші за радіус Землі в 1,8 раза, здебільшого є кам’янистими суперземлями, тоді як більші — багатими на воду мінінептунами, що тісно пов’язано з реальними спостереженнями.
Прогнозування землеподібних екзопланет
Дослідження також дає уявлення про однорідність розмірів, що спостерігається у багатопланетних системах. Багато екзопланетних систем мають вигляд «горошини в стручку», коли планети в межах однієї системи напрочуд схожі за розміром. Кільцева модель природним чином створює цю однорідність, контролюючи, як планети формуються і ростуть у відповідних кільцях.
Моделювання Шибати та Ізидоро також узгоджується зі спостережуваним розподілом планетних орбіт, що підкріплює ідею про те, що планети виникають у певних місцях, а не випадково розкидані по диску.
Крім пояснення цих спостережень, модель також дозволяє проводити прогнозний аналіз формування планет і навіть натякає на можливість існування інших тіл, подібних до Землі. Ізидоро каже, що, хоча це буде рідкісним явищем, кам’янисті планети у придатній для життя зоні можуть утворитися в результаті зіткнення гігантів на пізніх стадіях, подібно до того, як утворилися Земля та її супутник.
Значення для майбутніх досліджень
«Згідно з нашими прогнозами, близько 1% систем суперземля і мінінептун можуть містити планети, схожі на Землю, у межах придатної для життя зони своїх зір», — зауважив Ізидоро. — Хоча ця частка відносно невелика, враховуючи, наскільки поширені суперземлі й мінінептуни, вона означає, що приблизно одна планета, схожа на Землю, припадає на 300 світил, подібних до Сонця».
Такі висновки можуть мати глибокі наслідки для майбутніх досліджень екзопланет. «Ці прогнози будуть перевірені за допомогою майбутніх телескопів, що дасть нам важливу інформацію про формування планет та їхню придатність до життя», — сказав Шибата. — Якщо майбутні спостереження підтвердять наші прогнози, це може повністю змінити розуміння того, як формуються планети — не лише в нашій Галактиці, але й у всьому Всесвіті».
За матеріалами phys.org
