Полученные недавно данные свидетельствуют о возможности существования планет у отдаленного красного карлика, содержащих до половины воды в своем объеме. Эти миры, вероятно, покрыты глубокими и теплыми океанами, которые переходят в насыщенную водяным паром атмосферу.
В Солнечной системе выделяют различные типы планет: каменистые, такие как Земля, газовые и ледяные гиганты, например Сатурн и Нептун. Однако, при изучении планетных систем у других звезд, астрономы находят и другие типы, не имеющие аналогов в нашей системе: горячие Юпитеры, мини-Нептуны, массивные сверхземли и планеты-океаны, полностью состоящие из воды. Предполагается, существуют миры, где вода присутствует в колоссальных объемах, и она в виде льда плотно смешана с горными породами.
Согласно новым данным, существует и другой тип планет, содержащих воду примерно в равных пропорциях с другими элементами, с многокилометровым жидким океаном на поверхности и горячей атмосферой, насыщенной водяным паром. О результатах исследований Кэролин Пиоле (Caroline Piaulet) и ее коллеги сообщают в статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy.
Работа посвящена системе звезды Kepler-138 — красный карлик, чьи размеры и масса приблизительно вдвое меньше размеров Солнца, находится на расстоянии 220 световых лет. Несколько лет назад Kepler-138 был исследован с использованием транзитного и доплеровского методов. Первый метод основан на измерении количества света звезды, которое уменьшается при прохождении планеты перед ней, а второй – на отслеживании незначительных колебаний звезды, вызванных гравитационным воздействием массивных тел, вращающихся вокруг нее. Комбинирование этих методов позволяет не только выявлять планеты, но и определять их размеры и массу, а также рассчитывать их плотность.
Анализ представленных данных свидетельствует о наличии трех планет, вращающихся на небольшом расстоянии от звезды. Внутренняя планета Kepler-138b по своим характеристикам схожа с Марсом, а две внешние (Kepler-138c и Kepler-138d) представляют собой сверхземли – плотные, каменистые экзопланеты, значительно превосходящие Землю по массе. Однако расположение планет на близких орбитах может оказывать влияние на их движение, что приводит к искажению оценок их масс и размеров. В связи с этим ученые решили провести повторное изучение системы.
Новые данные, полученные с помощью космических телескопов Hubble и Spitzer, противоречат предыдущим заключениям. Объяснить это удалось, выдвинув гипотезу о существовании четвертой планеты в системе – Kepler-138e. Она расположена дальше остальных планет и не проходит перед звездой, что делает ее невидимой. Эта планета обладает небольшими размерами, но оказывает влияние на наблюдения красного карлика, и, соответственно, на данные, используемые для определения характеристик экзопланет.
После повторной оценки их размеров и масс, ученые заключили, что плотность Kepler-138c и Kepler-138d находится между плотностью каменистых планет (например, Земли или Марса) и плотностью разреженных газовых гигантов, таких как Сатурн или Юпитер. Изначально можно было бы сделать вывод, что эти планеты – это твердые тела, покрытые толстой атмосферой, состоящей из водорода и гелия. Однако, поскольку планеты вращаются на очень близком расстоянии от красного карлика, подобная атмосфера давно была бы рассеяна звездным ветром.
Авторы новой работы предполагают, что плотность Kepler-138c и Kepler-138d обусловлена значительным содержанием воды. По их мнению, ее доля составляет более десяти процентов от массы и приблизительно половину объема этих экзопланет. По словам авторов работы, их ближайшим аналогом можно назвать спутник Юпитера Европу, покрытую океаном в сотни километров глубиной, который скован толстой ледяной корой.
Обе экзопланеты обладают значительно более высокой температурой, чем Европа. Даже Kepler-138d находится в восемь раз ближе к своей звезде, чем Земля к Солнцу. Несмотря на относительно небольшую яркость красного карлика, его излучение достаточно для поддержания жидкого состояния воды на поверхности обеих планет, а в некоторых случаях может приводить к ее кипению. Вместо ледяной поверхности они характеризуются наличием горячих океанов, которые постепенно переходят в насыщенную водяным паром атмосферу.