«Планеты из сажи» могут быть более распространены, чем «водные миры»

Фото из открытых источников

По словам астрономов, водные миры являются одним из самых распространённых типов планет в нашей Солнечной системе. Это отчасти объясняется низкими оценками плотности и обилием водяного льда за пределами «снеговой линии» орбиты звезды. Однако новая работа под руководством Цзе Ли и их коллег из Мичиганского университета предполагает, что может существовать альтернативный тип планет, соответствующий данным о плотности, но состоящий из совершенно иного материала — сажи.

Планета-сажа — это не просто гигантский шар чёрного пороха. «Сажа» в контексте астрономии — это не просто традиционное вещество, которое большинство людей представляют себе как выходящий из огня. На жаргоне технических наук это означает «тугоплавкий органический углерод», органическое углеродное соединение, богатое углеродом, водородом, кислородом и азотом, которое обычно обозначается аббревиатурой CHON. Сажа на самом деле широко распространена в нашей Солнечной системе, по некоторым оценкам, её масса составляет 40% от общей массы комет.

Учитывая, что кометы обычно рассматриваются как отблески прошлого Солнечной системы, особенно в период её протопланетной эволюции, это может означать, что сажи было много в период формирования планет. Исследователи предполагают, что может существовать похожая «линия сажи», которая гораздо глубже более распространённой «снеговой линии», определяющая точку, за пределами которой сажа остаётся стабильной и может формировать значительную часть любой планеты, формирующейся в этом регионе.

Фактически, согласно статье, существовало бы три четких зоны протопланетных дисков, каждая из которых порождала бы уникальный тип планет. Внутренняя зона привела бы только к образованию каменистых образований, таких как Земля и Марс, и было бы слишком жарко, чтобы сажа держалась вместе, что делает «сажу» в этой области весьма маловероятной. За «линией сажи», но до «снеговой линии» могли бы образоваться планеты, состоящие в основном из сажи, но с очень малым количеством воды, поскольку в этой области все еще было бы слишком жарко для существования водяного льда. Эти планеты были бы очень похожи на Титан, с метановой атмосферой или чем-то эквивалентным, и могли бы состоять из сажи до 25% по массе. Дальше за «снеговой линией» большинство планет были бы смешанным «сажево-водным миром», где сажа все еще играла бы большую роль в составе планеты, но вода также играла бы важную роль. Фактически, в статье моделируются два разных типа миров с сажей и водой: «сухой» вариант, содержащий всего 25% воды, и «влажный», содержащий 50% воды, причем в обоих случаях в их составе все равно будет присутствовать 15–20% сажи.

Эти модели демонстрируют особенно интересную особенность: исходя из соотношения массы и радиуса, невозможно отличить сажевые миры от более традиционных водных миров. Другими словами, многие «мини-Нептуны» в каталоге экзопланет, которые изначально считались водными мирами, на самом деле могут состоять из богатых углеродом материалов, а не из воды. Чтобы определить, к какой категории они относятся, потребуется изучить их реальные атмосферы.

Космический телескоп имени Джеймса Уэбба уже начал делать это для некоторых экзопланет. Он обнаружил метан и углекислый газ в атмосфере K2-12b и TOI-280d, двух «субнептунов», которые, хотя в настоящее время находятся внутри линии сажи своих соответствующих звезд, могли образоваться за ее пределами и мигрировать внутрь в течение своей жизни. В частности, TOI-280d имеет заметно высокое соотношение углерода к кислороду, что указывает на то, что это может быть сажевая планета, описанная в статье. Такие типы планет имеют интересные последствия для обитаемости. Они могут иметь алмазные ядра, которые замедляют круговорот летучих веществ в мантии планеты и им гораздо сложнее обеспечивать магнитное поле, необходимое для защиты любой примитивной жизни от космических лучей. Однако они также будут изобиловать метаном и другими летучими органическими веществами, которые, как считается, являются предпосылками для пребиотической химии.

В конечном итоге, для понимания судьбы многих из этих планет потребуется больше данных. Необходимо изучить и описать атмосферные проверки, а также более детальные модели, позволяющие различать водные и сажевые миры.