Лавовые миры — это потенциально возникающая популяция горячих экзопланет-суперземли, находящихся на близких орбитах вокруг своих звезд-хозяев и, вероятно, имеющих частично расплавленную мантию. Астрономы из Университета штата Огайо и Юго-Западного исследовательского института обнаружили, что эти бурные расплавленные океаны оказывают большое влияние на наблюдаемые свойства горячих скалистых суперземель, такие как их размер и путь эволюции.
Они обнаружили, что из-за чрезвычайно сжимаемой природы лавы океаны магмы могут привести к тому, что лавовые миры без атмосферы будут немного более плотными, чем твердые планеты аналогичного размера, а также повлиять на структуру их мантий, толстого внутреннего слоя, окружающего ядро планеты. Исследование было опубликовано в Astrophysical Journal.
«Даже в этом случае, поскольку эти объекты, как известно, недостаточно изучены, может оказаться сложной задачей охарактеризовать фундаментальное функционирование лавовых планет», — сказал Кирстен Боли из Университета штата Огайо. «Лавовые миры — очень странные и очень интересные вещи, и из-за того, как мы обнаруживаем экзопланеты, мы более склонны к их поиску».
Один из самых известных из этих загадочных пылающих миров — 55 Cancri e, одна из пяти планет, вращающихся вокруг солнечноподобной звезды 55 Cancri A, которая расположена на расстоянии 41 светового года от нас, но видна невооруженным глазом в созвездии Рака.
«Хотя в нашей Солнечной системе есть объекты, такие как спутник Юпитера Ио, которые чрезвычайно вулканически активны, в нашей части космоса нет настоящих лавовых планет, к которым ученые могли бы подойти близко и лично изучить», — сказал Боли.
Однако исследование того, как состав магматических океанов способствует эволюции других планет, например, как долго они остаются расплавленными и по каким причинам в конечном итоге остывают, может дать ключ к разгадке собственной огненной истории Земли.
Когда планеты первоначально формируются, особенно каменистые планеты земной группы, они проходят стадию океана магмы по мере остывания. Таким образом, лавовые миры могут дать нам некоторое представление о том, что могло произойти в эволюции практически любой планеты земной группы.
Используя программное обеспечение для моделирования внутренней части экзопланеты ExoPlex и данные, собранные в ходе предыдущих исследований, для создания модуля, включающего информацию о нескольких типах состава магмы, Боли и ее коллеги смоделировали несколько сценариев эволюции планеты земного типа с температурой поверхности от 1427 до 2127 градусов по Цельсию — температура плавления, при которой твердая мантия планеты превращается в жидкость.
Из созданных ими моделей исследователи смогли различить, что мантии планет с океаном магмы могут принимать одну из трех форм: первую, в которой вся мантия полностью расплавлена, вторую, когда океан магмы лежит на поверхности, и Третья модель в стиле сэндвича, состоящая из океана магмы на поверхности, слоя твердой породы посередине и еще одного слоя расплавленной магмы, расположенного ближе всего к ядру планеты.
Результаты показывают, что вторая и третья формы встречаются немного чаще, чем полностью расплавленные планеты.
В зависимости от состава магматических океанов, некоторые экзопланеты без атмосферы лучше, чем другие, улавливают летучие элементы — такие соединения, как кислород и углерод, необходимые для формирования ранних атмосфер — в течение миллиардов лет.
Например, в исследовании отмечается, что планета базального класса магмы, которая в 4 раза массивнее Земли, может удерживать в себе более чем в 130 раз больше воды, чем сегодня в земных океанах, и примерно в 1000 раз больше углерода, присутствующего в настоящее время на поверхности планеты. и корка.
«Когда мы говорим об эволюции планеты и ее потенциале наличия различных элементов, необходимых для поддержания жизни, возможность удержать множество летучих элементов внутри своей мантии может иметь более серьезные последствия для обитаемости», — сказал Боли.
Лавовым мирам еще далеко до того, чтобы стать достаточно обитаемыми для поддержания жизни, но важно понимать процессы, которые помогают этим экзопланетам попасть туда.
Тем не менее, исследование ясно показывает, что измерение их плотности — не лучший способ охарактеризовать эти миры при сравнении их с твердыми экзопланетами, поскольку океан магмы существенно не увеличивает и не уменьшает плотность планеты.
Вместо этого исследование показывает, что астрономам следует сосредоточиться на других земных параметрах, таких как колебания поверхностной гравитации планеты, чтобы проверить свои теории о том, как работают миры с горячей лавой, особенно если будущие исследователи планируют использовать свои данные для помощи в более крупных планетарных исследованиях.
«Эта работа, представляющая собой сочетание наук о Земле и астрономии, по сути открывает новые захватывающие вопросы о лавовых мирах», — сказал Боли.