Хаббл и Спитцер изучали планетарную систему Kepler-138. Полученные данные дают основание предполагать, что две из её планет могут быть мирами, состоящими в основном из воды. Прямых наблюдений воды на этих двух экзопланетах пока нет, но исследователи считают, что это наилучший кандидат для объяснения их свойств. Будущие исследования Kepler-138 помогут понять её происхождение и состав, а также подтвердить (или опровергнуть) наличие четвёртой планеты.
Новые данные телескопов НАСА Хаббл и Спитцер указывают, что две экзопланеты, обращающиеся вокруг красной карликовой звезды, могут быть водными мирами.
Исследование провёл коллектив под руководством Каролин Пьяуле из Института исследований экзопланет имени Троттье Монреальского университета. Текст описывает планетарную систему Kepler-138, которая находится в 218 световых годах от нас в созвездии Лиры.
Системе Kepler-138 принадлежит красная карликовая звезда и две экзопланеты — Kepler-138 c и Kepler 138-d, обнаруженные космическим телескопом НАСА Кеплер. У этих двух миров есть меньший спутник, удаленный от звезды — Kepler-138 b, а по данным Хаббла и Спитцера может быть еще одна планета в системе. Исследование показывает, что значительная часть объема этих планет, возможно до половины, состоит из материала, вероятно, водяного.
Как формируются миры, состоящие из воды?
Планета с преобладанием водных масс, таких как океаны, существует под землей и над ней. Земля — единственный известный объект с жидкими водами на поверхности. Найдено несколько экзопланет с возможностями для существования воды. Современные технологии не позволяют наблюдать воду непосредственно, поэтому изучаем водяной пар в их атмосферах.
Планеты, образовавшиеся в богатых водой внешних областях протопланетного диска и позже мигрировавшие внутрь, скорее всего, обладают избытком воды. Поскольку вода хорошо растворяется в магме, большая часть содержимого океанического мира первоначально находится в мантии. Когда планета остывает после формирования, мантия затвердевает, и большое количество воды (от 60 до 99% от общего количества) растворяется, образуя парообразную атмосферу, которая может конденсироваться, создавая океан.
Образование океанов требует источника тепла: либо радиоактивного распада, либо приливного нагрева, либо блеска звезды-хозяина.
Мы (пока) не обнаружили воду в Kepler-138 c и d
Планеты Kepler-138 c и d превосходят по объему Землю в три раза и массу — в два раза, но обладают меньшей плотностью. Примечательно, что большинство ранее исследованных планет, лишь слегка превышающих размеры Земли, оказались каменистыми, похожими на нашу планету.
Астрономы, сравнивая размеры и массу планет с моделями, пришли к выводу, что большая часть их объема (до половины) должна состоять из веществ легче камня, но тяжелее водорода или гелия. Самым вероятным из этих материалов является вода.
Воды на Kepler-138 c и d не обнаружили непосредственно. Исследователи предупреждают о возможности отсутствия на планетах океанов, аналогичных земным, расположенных на поверхности. С помощью данных Хаббла и Спитцера, собранных с 2014 по 2016 год, эксперты предположили, что температура атмосферы Kepler-138 d, вероятно, выше температуры кипения воды. В результате ожидается плотная атмосфера из пара. Под ней 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, пояснил:
Мы раньше считали, что планеты, немного превышающие по размеру Землю, представляют собой крупные сферы металла и камня, как увеличенные версии нашей планеты. Так мы и назвали их суперземлями. Сейчас же мы доказали, что эти две планеты, Kepler-138 c и d, совершенно иного происхождения и большая часть их объема, вероятно, состоит из воды. Это лучший на данный момент аргумент в пользу существования водных миров — типа планет, о которых астрономы давно предполагают.
Два возможных водных мира не находятся в обитаемой зоне — области вокруг звезды, где температура позволяет иметь жидкую воду на поверхности каменистой планеты. В данных Хаббла и Спитцера исследователи нашли признаки новой планеты в системе Kepler-138 e, которая находилась бы в обитаемой зоне.
Эта планета будет меньше и дальше от звезды, чем три другие. На прохождение одной орбиты у неё уйдет 38 дней, но из-за отсутствия транзита звезды-хозяина оценить её размер невозможно. Исследователи, исходя из приблизительных предположений, обнаружили, что два водных мира Kepler-138 c и d являются планетами-«близнецами». У них будет одинаковый размер и масса, тогда как ранее считалось, что они кардинально отличаются друг от друга. Самая близкая планета, Kepler-138 b, подтверждена как малая планета марсианской массы, одна из самых маленьких известных экзопланет.