Новые наблюдения показали, что возле далекого красного карлика могут вращаться планеты, до половины объема которых составляет вода. Она покрывает эти миры глубоким и горячим океаном, переходящим в наполненную паром атмосферу.
Система Kepler-138: взгляд художника / ©NASA, ESA, L. Hustak (STScI)
В Солнечной системе представлено несколько классов планет, включая каменистые, подобные Земле, газовые и ледяные гиганты, как Сатурн и Нептун. Но возле других звезд обнаруживают и такие планеты, аналогов которым у нас нет: горячие юпитеры, мини-нептуны, массивные сверхземли и планеты-океаны, целиком покрытые водой. Предполагается, что существуют миры, содержащие воду в огромных количествах, где она в виде льда густо перемешана с твердыми породами.
Новые наблюдения позволяют говорить и о другом виде планет, которые состоят из воды практически наполовину, при этом покрыты многокилометровым жидким океаном и окружены наполненной паром горячей атмосферой. Об этом Кэролин Пиоле (Caroline Piaulet) и ее коллеги пишут в статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy.
Работа посвящена системе звезды Kepler-138 — красного карлика размерами и массой примерно вдвое меньше Солнца, расположенного в 220 световых годах. Несколько лет назад Kepler-138 изучили транзитным и доплеровским методами. Первый опирается на количество света звезды, которое затмевает потенциальная планета при прохождении на ее фоне, второй отслеживает слабые колебания звезды, вызванные притяжением вращающихся вокруг нее массивных тел. Сочетание этих подходов позволяет не только обнаружить планеты, но и оценить их размеры и массу, а затем подсчитать плотность.
Исходя из таких данных было показано, что в системе есть три планеты, находящиеся очень близко к звезде. Внутренняя Kepler-138b напоминает Марс, а две внешние (Kepler-138c и Kepler-138d) — это сверхземли, плотные каменистые экзопланеты в несколько раз массивнее нашей. Однако орбиты планет расположены очень тесно и могут влиять на движения друг друга, что способно искажать оценки их масс и размеров. Поэтому ученые решили взглянуть на систему еще раз.
Новые наблюдения провели с помощью космических телескопов Hubble и Spitzer, и они никак не согласовались с прежними выводами. Их удалось объяснить, предположив, что в системе есть четвертая планета, Kepler-138e, которая находится дальше остальных и не проходит на фоне звезды, оставаясь невидимой. Она совсем невелика, но вносит искажения в наблюдения красного карлика, а значит, и в данные, на основе которых определили характеристики экзопланет.
Еще раз оценив их размеры и массы, ученые пришли к выводу, что плотность Kepler-138c и Kepler-138d — промежуточная между плотностью каменистых планет (вроде Земли или Марса) и разреженных газовых гигантов (как Сатурн или Юпитер). Можно было бы предположить, что они представляют собой твердые тела, окруженные толстой водородно-гелиевой атмосферой. Однако планеты находятся очень близко к красному карлику, и такая атмосфера была бы давно унесена прочь звездным ветром.
Поэтому авторы новой работы связали плотность Kepler-138c и Kepler-138d с наличием больших количеств воды. Видимо, на нее приходится более десяти процентов по массе и примерно половина 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.
При этом обе экзопланеты находятся в куда более теплых условиях, чем Европа. Даже дальняя Kepler-138d расположена в восемь раз ближе к звезде, чем Земля к Солнцу. И хотя яркость красного карлика совсем невелика, его излучения достаточно, чтобы вода на поверхности обеих планет оставалась жидкой и даже закипала. Вместо ледяной оболочки они покрыты горячим океаном, который постепенно переходит в наполненную паром атмосферу.
