Астрофизики нашли объяснение, почему экзопланет вдвое крупнее Земли так мало
Космические телескопы «Кеплер» и TESS расширили наше представление о том, какими бывают планеты вне Солнечной системы. Инструменты «Джеймса Уэбба» и наземные обсерватории каждый день дополняют эти знания, но есть проблема, объяснение которой долго не удавалось найти. Распределение размеров более чем пяти с половиной тысяч подтвержденных экзопланет имеет заметный провал в диапазоне около двух радиусов Земли.
Эту аномалию астрофизики и астрономы предсказали давно, более 40 лет назад, на основании вероятности миграции планет по планетарной системе. Идея была в том, что, приближаясь к звезде, мини-нептуны (газовые карлики), ледяные гиганты (планеты, похожие на Уран и Нептун) и суперземли (каменистые планеты, имеющие радиус в диапазоне 1,2-2 земных) теряют часть своего вещества. Однако эта теория имеет множество недочетов. В частности, она недостаточно хорошо предсказывает в симуляциях реальное положение вещей в нашей и других известных планетарных системах.
Команда исследователей из Института астрономии общества Макса Планка (MPIA) уже несколько лет пытается улучшить существующие модели, описывающие эволюцию планетарных систем. Предыдущая их работа 2020 года существенно приблизила результат симуляции к реальности.
Теперь ученые сделали следующий важный шаг и среди прочего добавили в расчеты динамику поведения молекулярной воды в разных условиях. Это решение оказалось невероятно плодотворным: в результате симуляция показала распределение размеров экзопланет, которое очень близко к действительно наблюдаемому.
Новая научная работа опубликована в рецензируемом журнале Nature Astronomy, ее текст находится в открытом доступе. Авторы предложили следующее объяснение феномена «дефицита суперземель».
Мини-нептуны, как и их более крупные «родственники» — ледяные гиганты, — формируются во внешней части протопланетного диска. Там находится большая часть вещества, которое астрофизики называют льдом, то есть все, что имеет температуру замерзания выше 100 кельвин: вода, аммиак, метан. Рано или поздно гравитационные возмущения от более крупных планет могут вынудить тела радиусом в диапазоне от полутора до четырех земных мигрировать.
Когда мини-нептун приближается к светилу, его сравнительно тонкая атмосфера из гелия и водорода начинает интенсивно улетучиваться под действием излучения звезды. Этот процесс предсказывали ранее. А вот новшество свежей научной работы — эффект от нагрева «льдов» (особенно воды) в составе экзопланеты. Подробная симуляция показала, что, испаряясь, это вещество формирует гораздо более плотную и объемную атмосферу, чем считалось ранее.
Поскольку наши инструменты не позволяют отдельно измерять радиус «твердой» части экзопланеты и толщину ее атмосферы, для земных обитателей такие мини-нептуны выглядят существенно больше. В основном их размеры в симуляции оказались ближе к 2,4 радиуса нашей планеты, что хорошо согласуется с результатами наблюдений. Проще говоря, приближаясь к звезде, газовые карлики теряют небольшую часть вещества, но заметно прибавляют в объеме.
Суперземли, в свою очередь, ведут себя немного иначе. Каменистые планеты формируются близко к светилу, и, даже если успевают собрать много легкого вещества, большую его часть со временем уносит излучением звезды. Сохранить большой диаметр у них получается только при формировании на большом удалении от нее, а это редкость. Если же каменистая экзопланета с рождения или в результате миграции оказывается ближе к звезде, она быстро «усыхает».
Исследователи из MPIA не считают свою улучшенную модель совершенной — в ней по-прежнему много неточностей. В частности, именно для суперземель симуляция показала наибольшее расхождение с данными наблюдений. И это намекает на дальнейшее направление работы ученых.
Тем не менее новые результаты позволяют лучше понять эволюцию планетарных систем. В особенности то, как внедрение в симуляции более полных моделей поведения вещества даже на самых малых масштабах помогает существенно повысить точность финального результата.
Telegram 
Дзен 
VK Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Астрономы показали, что внутри космических пустот (войдов) все же формируются связанные группы галактик. Причем их свойства могут радикально отличаться от аналогичных систем в более «густонаселенных» регионах. Такие группы позволяют проверить, как окружающая среда влияет на рост космических структур и распределение темной материи там, где вещества очень мало.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии