Веками никто не знал, одни ли мы во Вселенной и есть ли вообще другие планеты, подобные нашей.
Но благодаря новым телескопам и методам, появившимся в последние десятилетия, мы теперь знаем, что существуют тысячи и тысячи планет , вращающихся вокруг далеких звезд, и они бывают самых разных форм и размеров — большие и маленькие, каменистые и газообразные, облачные или ледяные. или мокрый.
Исследование, проведенное учеными из Чикагского, Мичиганского и Мэрилендского университетов, предлагает в список еще одну планету: планеты с гелиевой атмосферой. Более того, открытие может предложить новый шаг в нашем понимании эволюции планет.
Их моделирование показало, что вполне вероятно, что гелий со временем будет накапливаться в атмосферах определенных типов экзопланет. Если это подтвердится, это объяснит многолетнюю загадку о размерах этих экзопланет.
«Существует так много странных и замечательных видов экзопланет, и это открытие не только добавляет новый вид, но и может иметь значение для понимания эволюции и формирования планет в целом», — сказал астрофизик Чикагского университета Лесли Роджерс, соавтор исследования. автор новой статьи, опубликованной в журнале Nature Astronomy.
Тайна радиусной долины
Нам потребовалось так много времени, чтобы найти далекие планеты, потому что даже самые большие из них далеко затмевают звезды, вокруг которых они вращаются. Поэтому ученые придумали оригинальный способ обнаружить их: искать провал в свете звезды, когда перед ней проходит планета. Это говорит о том, насколько велика планета.
Теперь мы знаем, что планеты невероятно распространены. Фактически, из того, что мы можем сказать на данный момент, по крайней мере половина всех звезд, подобных нашему Солнцу, имеет по крайней мере одну планету размером между Землей и Нептуном, которая вращается очень близко к звезде. Предполагается, что у этих планет есть атмосфера с большим количеством водорода и гелия, собранная, когда планеты впервые сформировались из газа и пыли вокруг звезды.
Но когда ученые посмотрели на количество таких планет, они заметили кое-что любопытное — планеты были разделены на две популяции. Одна группа была размером с полторы Земли, а другая была вдвое больше Земли или больше, но промежуточных почти не было.
Этот разрыв между двумя популяциями планет известен как «долина радиуса», и это горячо обсуждаемый вопрос в этой области. Ученые считают, что ответ поможет нам понять, как эти и другие планеты формируются и развиваются с течением времени.
Некоторые предлагали объяснение этого разрыва, возможно, связанное с атмосферами планет. Тяжело быть планетой близко к своей звезде; вы постоянно подвергаетесь бомбардировке рентгеновскими и ультрафиолетовыми лучами, которые могут лишить вас атмосферы.
«Например, возможно, меньшая группа планет полностью потеряла свои атмосферы и просто существует в виде скалистых ядер», — сказал первый автор исследования Исаак Мальский, доктор философии. студент Мичиганского университета, который впервые начал изучать этот вопрос вместе с Роджерсом для своей дипломной работы в Чикагском университете.
Команда, в которую входили Роджерс и Мальский, решила более внимательно изучить это явление, известное как атмосферный выброс.
Они создали модели, основанные на имеющихся у нас данных о планетах и законах физики, чтобы более полно понять, как тепло и радиация повлияют на атмосферы планет. Затем они создали 70 000 смоделированных планет, варьируя размер планет, тип звезды, вокруг которой они вращаются, и температуру атмосферы, а также смоделировали, что с ними будет происходить с течением времени.
Команда обнаружила, что через несколько миллиардов лет водород в атмосферах планет, вероятно, улетучивается быстрее, чем гелий. «У водорода меньшая атомная масса, поэтому его легче отделить», — объяснил Мальский.
Со временем это приводит к накоплению гелия — моделирование предполагает, что гелий может составлять 40% или более массы атмосферы.
Подтверждения телескопа
Команда предложила способ подтвердить свои результаты наблюдениями. Недавно запущенный космический телескоп Джеймса Уэбба и другие мощные телескопы могут получить показания элементов атмосферы и их количества. Телескопы могли бы проверить, есть ли необычно большое количество гелия в атмосферах некоторых из этих планет.
Если теория верна, эти планеты с богатой гелием атмосферой должны быть особенно распространены в нижней части группы с большим радиусом, потому что гелий накапливается по мере того, как планета начинает сжиматься с течением времени, поскольку ее атмосфера постепенно удаляется.
Две разные группы размером с планету созданы потому, что даже небольшое количество гелия и водорода создает очень пухлую атмосферу, которая может значительно увеличить радиус планеты, объяснил Мальски. Если у них вообще осталась какая -то атмосфера , они будут в группе с большим радиусом; если его нет, они будут в группе с меньшим радиусом.
Ни одна из этих планет не считается подходящим кандидатом для жизни — они раскалены, бомбардированы радиацией, а атмосфера, вероятно, находится под очень высоким давлением.
Но ученые объяснили, что улучшение нашего понимания процессов, управляющих формированием планет, может помочь нам лучше предсказать, какие другие планеты существуют и как они выглядят, а также направить поиск более гостеприимных планет.
«Получение лучшего понимания этой популяции могло бы многое рассказать нам о происхождении и эволюции планет размером с Нептун, которые явно являются общим результатом процесса формирования планет», — сказал Роджерс.
