Как две планеты, столь похожие в некоторых отношениях, могут иметь такие разные плотности? Согласно новому исследованию, виноват в катастрофическом столкновении.
В нашей Солнечной системе все внутренние планеты - это маленькие каменистые миры с одинаковой плотностью, в то время как внешние планеты - это газовые гиганты со своими подобными плотностями. Но не все солнечные системы похожи на наши.
Миссия Кеплера обнаружила большое разнообразие экзопланет в течение девяти лет своей работы. Благодаря этой миссии мы теперь знаем только о 2000 подтвержденных экзопланетах, которые имеют менее трех радиусов Земли. И хотя эти 2000 планет имеют довольно узкий диапазон размеров, их плотности могут сильно различаться.
Новая статья была опубликована в журнале «Астрономия природы» астрономами Альдо С. Бономо и Марио Дамассо из Института национальной астрофизики (INAF) и Центром астрофизики | Гарвард & Смитсоновский (CfA) астрофизик Ли Цзэн. Большая группа коллег, которых было слишком много, чтобы перечислять, также участвовали в исследовании.
Некоторые из 2000 упомянутых ранее экзопланет имеют плотность ниже, чем у газового гиганта Нептун, который состоит из летучих веществ с низкой плотностью, в то время как у некоторых плотность выше, чем у Земли, которая состоит в основном из породы (около 32% железа). Новое исследование изучало экзопланеты в система Kepler-107, чтобы попытаться понять, как планеты в одной системе и с одинаковыми размерами могут иметь такой широкий диапазон плотностей.
Команда сосредоточилась на системе Kepler-107, потому что она содержит четыре планеты размером с нептун: Kepler-107b, c, d и e. Две самые внутренние планеты, 107b и 107c, имеют почти идентичные радиусы 1,5 и 1,6 радиуса Земли, но 107c более чем в два раза плотнее, чем 107b. Как могут эти близнецы, являющиеся частью очень компактной системы планет, иметь такой разный состав?
«Это одна из многих интересных систем экзопланет, которые космический телескоп Kepler открыл и охарактеризовал».
Ли Цзэн, факультет наук о Земле и планетах, Гарвардский университет.
Краткий ответ: либо они сформировались в очень разных условиях, либо что после формирования произошло нечто драматическое, что так резко изменило их плотность.
До Кеплера у астрономов была только наша собственная Солнечная система. И в нашей Системе, кажется, что Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун сформировались во внешних пределах протопланетного диска из холодных льдов и газов, которые составляли основную массу материала во внешней Солнечной системе. Во внутренних пределах молодой Солнечной системы каменистые планеты образовались из материалов, которые пережили солнечное излучение, таких как силикаты и железо.
Но миссия Кеплера показала нам, что то, что мы считаем нормой, а именно наша собственная Солнечная система, является лишь одним путем, по которому могут идти солнечные системы. Кеплер обнаружил многочисленные так называемые «горячие юпитеры», большие газообразные миры, вращающиеся очень близко к своим собственным звездам. Эти массивные газовые гиганты не могли сформироваться так близко к своим звездам, потому что газы, из которых они образовались, не выжили бы в такой непосредственной близости от своей звезды. Должно быть, они образовались дальше, а затем мигрировали.
Есть свидетельства того, что Юпитер сформировался во внешних пределах нашей Солнечной системы, затем мигрировал ближе к Солнцу, прежде чем найти путь к его нынешней орбите. Но, насколько нам известно, внутренние скалистые планеты не мигрировали: они образовались во внутренней Солнечной системе и остались здесь.
Система Kepler 107 также показывает нам, что солнечные системы могут формироваться не так, как наши, и что катастрофическое столкновение двух миров может изменить их плотность.
Кеплер 107b и 107c имеют радиусы 1,53 и 1,59 земных радиуса, орбитальные периоды 3,18 и 4,9 дня, но плотности 5,3 и 12,65 грамма на кубический сантиметр соответственно. Что может объяснить огромную разницу в плотности? Если бы солнечная радиация была ответственна за счет испарения летучих веществ, то не подвергались бы ей обе планеты? Кроме того, внешняя планета имеет большую плотность, а не внутреннюю.
Команда астрономов утверждает, что это было катастрофическое столкновение, которое ответственно за несопоставимые плотности.
Они думают, что произошло то, что Kepler 107c, внешняя и более плотная планета, потерпела катастрофическое столкновение, которое сняло ее силикатную мантию, оставив только железное ядро.
«Это одна из многих интересных систем экзопланет, которые космический телескоп Kepler обнаружил и охарактеризовал», - сказал Ли Цзэн из Гарварда. «Это открытие подтвердило более раннюю теоретическую работу, предполагающую, что гигантское воздействие между планетами сыграло роль во время формирования планет. Ожидается, что миссия TESS найдет больше таких примеров ».
Планетарные столкновения не новая идея. Факты свидетельствуют о том, что Луна Земли была создана в результате катастрофического столкновения между Землей и другим телом под названием Тейя. Это новое исследование предполагает, что они могут быть гораздо более распространенными, чем считалось.
Если в планетных системах часто происходят катастрофические сбои, то астрономы предсказывают найти много других примеров, таких как Kepler-107, поскольку более точное число плотностей экзопланет определяется более точно.
Источники:
- Исследовательский документ: гигантское влияние как вероятное происхождение различных близнецов в системе экзопланет Kepler-107
- Пресс-релиз: Столкновение экзопланет
- Википедия: Кеплер-107
- Cal-Tech: Горячие Юпитеры
- Википедия: Горячий Юпитер
