Вода поширена в екзопланетах, але не достатньо

Найбільш обширне на сьогоднішній день дослідження хімічного складу екзопланет виявило тенденції, які кидають виклик сучасним теоріям формування планет і є важливими для пошуку води у Сонячній системі та за її межами.

Команда дослідників, очолювана Кембриджським університетом, використовувала атмосферні дані з 19 екзопланет для отримання детальних вимірювань їх хімічних та теплових властивостей, йдеться в прес-релізі вказаного вишу.

Екзопланети в дослідженні охоплюють великий діапазон розмірів - від «міні-Нептунів» з майже 10 масами Землі до «супер-Юпітерів» у понад 600 мас Землі - і температур, від майже 20 °С до 2000 °С. Як і планети-гіганти в нашій Сонячній системі, їх атмосфера багата воднем, але вони обертаються навколо різних типів зірок.

Дослідники виявили, що хоча водяна пара поширена в атмосферах багатьох екзопланет, її кількість була напрочуд меншою, ніж очікувалося, тоді як кількість інших елементів, виявлених на деяких планетах, відповідала очікуванням. Результати, які є частиною п'ятирічної програми досліджень хімічного складу атмосфер планет за межами нашої Сонячної системи, були опубліковані у «The Astrophysical Journal Letters».

«Ми бачимо перші ознаки хімічних структур в позаземних світах, і ми бачимо, наскільки різноманітними вони можуть бути за хімічним складом», - сказав керівник проекту, доктор Нікку Мадхусудхан з Інституту астрономії в Кембриджі, який вперше виміряв низьку кількість водяної пари на гігантських екзопланетах п'ять років тому.

У нашій Сонячній системі, в атмосферах планет-гігантів кількість вуглецю відносно водню значно більша, ніж у Сонця. Вважається, що цей «надсонячний» достаток виник під час формування планет, і велика кількість льоду, каменів та інших частинок були занесені на планети в процесі, званому акрецією.

Передбачалося, що склад інших елементів в атмосферах гігантських екзопланет буде таким же високим - особливо кисню, найпоширенішого елементу у Всесвіті після водню та гелію. Це означає, що вода, яка є домінуючим носієм кисню, також, як очікувалося, буде у достатку в таких атмосферах.

Дослідники використовували обширні спектроскопічні дані з космічних та наземних телескопів, включаючи космічні телескопи Хаббла та Спітцера, Дуже великий телескоп в Чилі та телескоп Gran Telescopio Canarias в Іспанії. Спектр доступних спостережень, поряд з детальними обчислювальними моделями, статистичними методами та атомними властивостями натрію та калію, дозволили дослідникам оцінити хімічний склад в атмосферах екзопланет по всій вибірці.

Команда вчених повідомила про кількість водяної пари на 14 з 19 планет, а також про кількість натрію та калію на шести планетах. Їх результати говорять про виснаження кисню відносно інших елементів і дають хімічні підказки про те, як ці екзопланети могли утворитися без істотної акреції льодом.

«Неймовірно бачити таку низьку кількість води в атмосферах широкого кола планет, що обертаються навколо різних зірок», - відмітив Мадхусудхан.

«Вимірювання кількості цих хімічних елементів в екзопланетних атмосферах - щось надзвичайне, враховуючи, що ми ще не змогли зробити те саме для планет-гігантів у нашій Сонячній системі, включаючи Юпітер, нашого найближчого сусіду серед газових гігантів», - зазначив провідний автор Луїс Уелбенкс, аспірант Інституту астрономії.

Різноманітні зусилля з вимірювання води в атмосфері Юпітера, включаючи нинішню місію НАСА «Юнона», виявилися складними. «Оскільки Юпітер настільки холодний, що будь-яка водяна пара в його атмосфері конденсується, це ускладнює її вимірювання, - каже Уелбенкс. - Якщо б кількість води на Юпітері виявилася у достатку, як було передбачено, це означало б, що він сформувався по-іншому ніж екзопланети, на які ми дивилися в поточному дослідженні.»

«Ми сподіваємося на збільшення нашої вибірки планет у  наступних дослідженнях, - каже Мадхусудхан. – Неминуче, ми очікуємо знайти значення, що різко відхиляються від поточних тенденцій, а також вимірювання інших хімічних речовин.»

Ці результати показують, що не можна більше вважати, що різні хімічні елементи однаково в достатку в атмосферах планет, що ставить під сумнів деякі теоретичні моделі.

«Враховуючи, що вода є ключовим компонентом нашого поняття про існування життя на Землі, важливо знати, скільки води можна знайти в планетарних системах поза нашою», - сказав Мадхусудхан.

Читайте ще цікаві новини про космос.