Сколько еще "Земель" в Галактике: неожиданные результаты исследований

Это открытие создает новые перспективы для поиска экзопланет, способных поддерживать жизнь.

Новые исследования указывают на то, что количество планет, похожих по размеру на Землю и способных удерживать атмосферу и гидросферу, может быть значительно больше, чем предполагалось ранее. К таким выводам ученые пришли, изучая процессы формирования супер-земель и мини-нептунов.

Об этом сообщает phys.org.

Новая модель формирования планет

Исследователи Университета Райса, Шо Шибата и Андре Изидора, предложили новую модель возникновения супер-земель и мини-нептунов – самых распространенных экзопланет в Млечном Пути, размеры которых от 1 до 4 земных. Используя современные компьютерные симуляции, ученые выдвинули гипотезу, что эти тела образуются из отдельных колец планетезималей. Такой подход позволяет лучше понять процесс эволюции планетных систем вне Солнечной. Результаты исследования были опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters.

На протяжении десятилетий ученые пытались объяснить механизм формирования супер-земель и мини-нептунов. Согласно традиционным теориям, планетезимали – крошечные протопланетные объекты – образуются в широких областях околозвездного диска. Однако Шибата и Изидора выдвинули альтернативную гипотезу: они предполагают, что эти материалы концентрируются в узких кольцевых структурах, что делает формирование более упорядоченным, чем считалось ранее.

"Эта работа особенно важна, поскольку она моделирует формирование супер-земель и мини-нептунов, которые считаются наиболее распространенными типами планет в галактике. Один из наших ключевых выводов состоит в том, что пути формирования Солнечной системы и экзопланетных систем могут иметь фундаментальное сходство", – рассказал Шибата.

Компьютерное моделирование процессов планетообразования

Ученые применили компьютерные симуляции N-тел, которые анализируют гравитационные взаимодействия между объектами, чтобы исследовать образование планет в двух регионах: в пределах 1,5 астрономических единиц (а.е.) от звезды и за пределами 5 а.е., у водной снежной линии. Моделирование отслеживало столкновения, рост и миграции планетезималей в течение миллионов лет. Моделирование показало, что супер-земли образуются в основном путем аккреции планетезималей во внутреннем диске, тогда как мини-нептуны формируются за пределами снежной линии, преимущественно через аккрецию каменистого материала.

"Наши результаты свидетельствуют о том, что супер-земли и мини-нептуны формируются не из непрерывного распределения твердого материала, а скорее из колец, концентрирующих большую часть массы в твердых веществах", – отмечает Изидоро.

Предлагаемая модель успешно объясняет важные особенности экзопланетных систем, в частности, явление "долины радиусов" – заметный дефицит планет с размерами около 1,8 радиуса Земли. Ученые предполагают, что эта особенность возникает из-за распределения планет в двух основных группах: супер-земель (до 1,8 радиуса Земли) и мини-нептунов (более 1,8 радиуса), что согласуется с реальными астрономическими наблюдениями.

Предсказание относительно землеобразных планет

Еще одной важной особенностью исследования явилось объяснение однородности размеров планет в многопланетных системах. Часто экзопланеты внутри одной системы имеют схожие параметры, напоминая "горошины в стручке". Кольцевая модель естественно объясняет этот феномен, поскольку планеты формируются и эволюционируют в похожих условиях.

Результаты исследования также согласуются с наблюдаемым распределением орбит экзопланет, что подтверждает идею формирования планет в определенных зонах, а не случайное распределение их в диске. Более того, эта модель подразумевает возможность существования каменистых экзопланет в зонах, пригодных для жизни.

"Согласно нашим прогнозам, около 1% систем супер-земля и мини-нептун могут содержать планеты, похожие на Землю, в пределах пригодной для жизни зоны своих звезд. Хотя эта доля относительно небольшая, учитывая, насколько распространены супер-земли и мини-нептуны, она означает, что примерно одна планета, похожая на Землю, приходится на 300 светил, подобных Солнцу", – рассказал Изидоро.

Значение для будущих исследований

Эти результаты могут иметь большое значение для будущих исследований экзопланет.

"Эти прогнозы будут проверены с помощью будущих телескопов, что даст нам важную информацию о формировании планет и их пригодности к жизни. Если будущие наблюдения подтвердят наши прогнозы, это может полностью изменить понимание того, как формируются планеты – не только в нашей Галактике, но и во всей Вселенной", – подчеркивает Шибата.

Таким образом, новое исследование дает веские основания полагать, что в Млечном Пути может существовать гораздо больше землеобразных планет, чем предполагалось ранее. Это открытие открывает новые перспективы для поиска экзопланет, способных поддерживать жизнь.

К слову, после исследований так называемой супер-земли – планеты K2-18b – ученые предполагают, что на ней может существовать жизнь.