Содержание железа в составе каменистых экзопланет может значительно превышать его долю, определяемую составом их звезд. Данный фактор оказывает влияние на возможность существования жизни на этих планетах.
Вардан Абидекян и международная группа астрономов провели исследование, посвященное содержанию тяжелых элементов в других звездах и экзопланетах, вращающихся вокруг них. Результаты показали наличие взаимосвязи между концентрацией железа в атмосфере звезды и ее планеты, однако эта связь не является прямой. Предполагается, что причиной такой нелинейности могут быть столкновения планет с большими небесными объектами, приводящие к потере планетой части более легких элементов. О результатах исследования сообщается в соответствующей статье опубликована в Science, с текстом ее препринта можно ознакомиться здесь.
Астрономы давно обратили внимание на то, что у звезд, спектры которых практически лишены следов тяжелых элементов, сложно обнаружить планеты. Это не обязательно говорит об их отсутствии — экзопланеты сложно заметить, особенно если они небольшие и находятся на большом расстоянии от своей звезды — но может свидетельствовать о том, что крупных планет вокруг звезд с низким содержанием металлов не так много (в астрономии «металлами» называют тяжелые элементы). Однако до недавнего времени ученым не было достаточно информации о том, что происходит у звезд с нормальным содержанием металлов. Зависит ли соотношение тяжелых элементов в составе их планет от соотношения этих элементов в составе звезд?
Для установления этого факта, исследователи, представившие статью в журнале Science, сопоставили химический состав 27 звезд и 32 небольших каменистых экзопланет, обращающихся вокруг них. Важно отметить, что определение состава звезд по их спектрам представляется относительно несложной задачей, в то время как изучение химического состава экзопланет значительно затруднено. Проведение геологических исследований на них пока невозможно, поэтому на данный момент их состав вычисляется путем сопоставления радиуса и массы планеты и моделирования наиболее вероятного химического состава. Сложность этой задачи обусловлена тем, что радиусы и массы экзопланет сегодня сложно определить с погрешностью менее 30%, однако авторы работы постарались использовать только те данные, для которых известны минимальные ошибки.
Анализ показал, что планеты с высоким содержанием железа чаще вращаются вокруг звезд, в которых также присутствует большое количество железа. Несмотря на то, что исследователи предполагали, что химический состав звезды будет определять максимальное количество железа в составе планет, результаты оказались иными: у некоторых планет содержание железа превышает ожидаемое, исходя из состава их звезды.
Ученые проявляют осмотрительность в объяснениях причин, обуславливающих повышенное содержание железа в составе некоторых планет. Согласно одной из гипотез, причиной может быть серия крупных столкновений, в результате которых в космос были выброшены внешние, менее плотные слои планеты, в то время как внутренние слои, богатые железом, остались нетронутыми.
Определение количества железа в составе планеты важно для оценки ее перспективности для дальнейших исследований, включая вероятность существования условий, пригодных для жизни. Если экзопланета находится на достаточном расстоянии от своей звезды, значительное содержание железа может указывать на наличие устойчивого магнитного поля. По мнению ряда астрономов, подобное поле способствует сохранению воды на планете, что повышает вероятность возникновения там сложной жизни.