Два (возможных) водных мира, обнаруженных с помощью Хаббла и Спитцера

Хаббл и Спитцер наблюдали планетарную систему Kepler-138. Полученные данные позволяют предположить, что две из ее планет могут быть мирами, состоящими из воды. Вода еще не наблюдалась непосредственно на этих двух экзопланетах, но исследователи предполагают, что она является наилучшим кандидатом для объяснения их характеристик. Будущие исследования Kepler-138 помогут понять ее происхождение и компоненты, подтвердить (или нет) наличие четвертой планеты.

Недавно данные телескопов НАСА Хаббл и Спитцер подсказали исследователям, что две экзопланеты, вращающиеся вокруг красной карликовой звезды, могут быть водными мирами. Речь идет об экзопланетах, на которых вода составляет большую часть всего небесного тела.

Команда, проводившая исследование, возглавлялась Каролин Пьяуле из Института исследований экзопланет имени Троттье Монреальского университета. Подробное исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, касается планетарной системы, известной как Kepler-138, расположенной в 218 световых годах от нас в направлении созвездия Лиры.

Kepler-138 содержит звезду типа красного карлика и две экзопланеты Kepler-138 c и Kepler 138-d, обнаруженные в прошлом космическим телескопом НАСА Кеплер. У этих двух миров есть меньший спутник, удаленный от звезды, Кеплер-138 b, и, судя по данным Хаббла и Спитцера, может быть и четвертая планета в системе. Но это еще не все: согласно исследованию, значительная часть их объема, вплоть до половины, должна состоять из материала, который, вероятно, является водным.

Как формируются миры, состоящие из воды?

Водная, или океаническая, планета содержит значительное количество воды в виде океанов, как под поверхностью, так и над ней. Пока Земля — единственный известный астрономический объект с океанами жидкой воды на поверхности, хотя было найдено несколько экзопланет с подходящими условиями для существования жидкой воды. Однако современные технологии не позволяют напрямую наблюдать жидкую поверхностную воду на экзопланетах, поэтому мы ищем водяной пар в их атмосферах.

Планеты, сформировавшиеся в богатых водой внешних областях протопланетного диска, а затем мигрировавшие внутрь, с большей вероятностью будут иметь избыток воды. Поскольку вода хорошо растворима в магме, большая часть содержимого океанического мира первоначально задерживается в мантии. Когда планета остывает после своего формирования, и мантия начинает затвердевать, большое количество воды (от 60 до 99% от общего количества в мантии) растворяется, образуя парообразную атмосферу, которая в конечном итоге может конденсироваться, образуя океан.

Для образования океанов необходим источник тепла: радиоактивный распад, приливный нагрев или яркость звезды-хозяина.

Мы (пока) не обнаружили воду в Kepler-138 c и d

При объеме, более чем в три раза превышающем объем Земли, и массе в два раза большей, планеты Kepler-138 c и d имеют плотность намного ниже земной. Что удивительно: большинство планет размером едва больше Земли, которые были детально изучены до сих пор, оказались каменистыми мирами, подобными нашему.

Сравнивая размеры и массу планет с моделями, астрономы пришли к выводу, что значительная часть их объема (до половины) должна состоять из материалов, которые легче камня, но тяжелее водорода или гелия. Наиболее распространенным из этих материалов-кандидатов является вода.

Однако вода не была обнаружена непосредственно на Kepler-138 c и d. На самом деле, исследователи предупреждают, что на планетах может не быть океанов, подобных земным, расположенных на поверхности планеты. Используя данные Хаббла и Спитцера, собранные в период с 2014 по 2016 год, эксперты предположили, что температура в атмосфере Kepler-138 d, вероятно, выше температуры кипения воды. Поэтому ожидается плотная атмосфера, состоящая из пара. Под ним может находиться жидкая вода под высоким давлением или даже вода в другой фазе, возникающей при высоких давлениях (сверхкритическая жидкость). Бьорн Беннеке, соавтор исследования и профессор астрофизики Монреальского университета, объяснил:

Раньше мы думали, что планеты, которые немного больше Земли, представляют собой большие сферы из металла и камня, как увеличенные версии Земли. Вот почему мы назвали их суперземлями. Однако теперь мы показали, что эти две планеты, Kepler-138 c и d, совершенно разные по своей природе и что большая часть всего их объема, вероятно, состоит из воды. Это лучшее на сегодняшний день доказательство существования водных миров — типа планет, о существовании которых астрономы давно предполагали.

Эти два возможных водных мира не находятся в обитаемой зоне — области вокруг звезды, где температура позволяет иметь жидкую воду на поверхности каменистой планеты. Однако в данных Хаббла и Спитцера исследователи обнаружили свидетельства существования новой планеты в системе, Kepler-138 e, которая вместо этого находилась бы в обитаемой зоне.

Эта планета будет меньше и дальше от звезды, чем три другие. На прохождение одной орбиты у него уйдет 38 дней, но поскольку не было замечено транзита звезды-хозяина, оценить ее размер не представляется возможным. Однако, исходя из некоторых приблизительных предположений и допущений, исследователи обнаружили, что два водных мира Kepler-138 c и d являются планетами-«близнецами». Они будут иметь одинаковый размер и массу, тогда как раньше считалось, что они кардинально отличаются друг от друга. Ближайшая планета, Kepler-138 b, подтверждена как малая планета марсианской массы, одна из самых маленьких экзопланет, известных на сегодняшний день.