Долгое время астрономы предполагали, что большинство каменистых планет устроены примерно одинаково: плотное металлическое ядро в центре, сверху — силикатная мантия и атмосфера. Именно так выглядит Земля, и эта модель считалась универсальной для планет по всей галактике.
Однако новое исследование, опубликованное в Astrophysical Journal, ставит эту картину под сомнение. Ученые пришли к выводу, что самые распространенные экзопланеты во Вселенной — так называемые субнептуны — могут вообще не иметь четкого ядра.
Субнептуны занимают промежуточное положение между Землей и Нептуном. Они крупнее нашей планеты, но меньше ледяных гигантов, а вокруг других звезд встречаются невероятно часто. Ранее считалось, что такие миры формируются почти так же, как Земля, просто удерживают больше водорода в атмосфере.
Но расчеты показали, что при экстремальных температурах свыше 4000 градусов Кельвина внутри этих планет водород, расплавленные силикаты и железо начинают вести себя совершенно иначе. Вместо разделения на слои они смешиваются в единую горячую жидкость.
Если молодая планета накапливает достаточно водорода — более одного процента своей массы, — ее внутренняя структура полностью меняется. Вместо металлического ядра и каменной оболочки образуется гигантская однородная масса из водорода, железа и силикатов, простирающаяся почти до самого центра планеты.
По словам исследователей, такая модель неожиданно хорошо объясняет несколько загадок, давно наблюдаемых среди экзопланет. В частности, она помогает понять так называемый «разрыв радиусов» — странный дефицит планет промежуточного размера между суперземлями и субнептунами.
Авторы предполагают, что молодые субнептуны способны удерживать огромные запасы водорода внутри своих недр. По мере охлаждения планеты этот водород постепенно высвобождается наружу, из-за чего атмосфера расширяется, а сама планета дольше сохраняет увеличенный размер.
Эту гипотезу можно проверить наблюдениями. Если модель верна, молодые субнептуны должны выглядеть более «раздутыми», чем предсказывают классические теории. Именно такие объекты сейчас начинают изучать с помощью космического телескопа James Webb и новых транзитных обзоров.
Исследователи признают, что модель пока основана в основном на теоретических расчетах, поскольку воспроизвести подобные условия в лаборатории чрезвычайно сложно. Тем не менее работа уже меняет представления ученых о том, как могут быть устроены самые распространенные планеты в галактике.
И если выводы подтвердятся, Земля с ее четким металлическим ядром может оказаться скорее редким исключением, чем типичной планетой.
