Астрономы долгое время исходили из привычной модели: каменистая планета — это металлическое ядро, силикатная мантия и атмосфера сверху. Однако новая работа, опубликованная на портале препринтов arXiv, показывает, что для самого распространенного типа планет в Млечном Пути — субнептунов — эта картина, скорее всего, неверна, пишет Space.com.
В чем проблема классической модели
При температурах выше ~4000 кельвинов водород, расплавленные силикаты и железо ведут себя иначе, чем в земных условиях. Они становятся полностью смешиваемыми и не разделяются на четкие слои. Ученые считают, что если водорода менее ~1% массы планеты, формируется привычное металлическое ядро — как у Земли. Если водорода больше, почти вся внутренняя область превращается в единую горячую перемешанную массу из железа, силикатов и водорода. Четкого ядра и мантии нет — слоистая структура сохраняется только у самого центра.
Новая модель помогает объяснить наблюдаемые загадки популяции экзопланет:
Радиусный разрыв — дефицит планет промежуточного размера между суперземлями и субнептунами.
Зависимость радиуса от орбитального периода.
Оба эффекта возникают естественно, если молодые субнептуны хранят водород не только в оболочке, но и внутри смешанной области. По мере остывания зона смешиваемости уменьшается, газ медленно «выходит» из каменного вещества и пополняет атмосферу.
Земля — исключение?
Главный вывод — самый распространенный тип планет в Галактике устроен внутри совсем не так, как Земля. Привычное металлическое ядро — возможно, не правило, а исключение. Если новая модель верна, то странной планетой в космическом смысле оказывается именно Земля.
Если водород действительно постепенно высвобождается, молодые субнептуны должны сжиматься медленнее, чем предсказывают стандартные модели, — то есть оставаться более раздутыми для своего возраста. Наблюдения телескопа Джеймса Уэбба и будущих транзитных обзоров смогут это проверить.
Новая модель основана на теоретических оценках поведения вещества при экстремальных температурах и давлениях — лабораторные эксперименты пока приближаются к ним, но не полностью, так что неопределенности остаются. Авторы используют обратный подход: исходят из наблюдаемой популяции планет и восстанавливают физику, которая могла ее сформировать.