Засуха на экзопланетах удивила астрономов

Астрономы не нашли предсказываемого теорией количества водяного пара в атмосферах трех горячих экзопланет.

По современным представлениям образование планет-гигантов происходит в околозвездном протопланетном диске, состоящем в основном из частиц льдов и пыли,  водорода, гелия и других химических элементов. Частицы пыли постепенно слипаются друг с другом, образуя все большие и большие зерна. Гравитационные силы стягивают эти зерна и крупные частицы вместе, формируя твердое ядро. Это  приводит к нарастающему падению (аккреции) твердых частиц и газов  на ядро будущей планеты, что,  в конечном счете, и создает гигантскую планету.

Теория предсказывает, что одним из самых распространенных элементов на таких планетах и в их атмосферах  должен быть кислород и, как следствие, должно быть много воды (H₂O). Однако, этого не наблюдается в очень холодных атмосферах планет-гигантов Солнечной системы из-за конденсации воды. Таким образом, отсутствует ключевое подтверждение общепринятой теории формирования планет.

С другой стороны, в настоящее время обнаружены сотни горячих планет, вращающихся вокруг других звезд. Они получили название экзопланеты. Их сильный нагрев связан с близким расположением к звезде. Поскольку астрономы способны обнаруживать только очень большие экзопланеты, сопоставимые по размеру с Юпитером, то их также называют "горячими Юпитерами".Достаточно высокая температура (свыше 1000 К; напомним, что обычную температуру в градусах Цельсия можно получить, вычтя 273), обеспечивает превращение воды в пар, что делает их отличным объектом для измерения распространенности воды и, следовательно, кислорода в их атмосферах.

С Земли обнаружение воды на экзопланетах практически невозможно, потому что атмосфера Земли содержит много воды и загрязняет наблюдение. Поэтому международная команда астрономов произвела поиск водяного пара в атмосферах трех экзопланет, обращающихся вокруг звезд, подобных Солнцу, используя космический телескоп Хаббл (НАСА). Эти планеты, известные как HD 189733b, HD 209458b, и WASP-12b, расположены на расстоянии от 60 до 900 световых лет от Земли и имеют температуры 1200-2500 K. Они были выбраны потому, что находятся около ярких звезд, создающих достаточно излучения для приема инфракрасного светового спектра, по которому производились измерения. Особенности поглощения паров воды в атмосфере планеты регистрируются при прохождении света звезды через атмосферу планеты.

К удивлению исследователей изученные планеты оказались очень сухими.  На них было обнаружено лишь от 0.1 до 0.001 от количества воды, предсказанного теорией формирования.
Никку Мадхусудхан (Nikku Madhusudhan) из Института астрономии Кембриджского Университета (Англия), руководивший исследованием, отметил:

"Наше измерение воды на одной из планет, HD 209458b, является самым точным измерением химического соединения на планетах за пределами нашей Солнечной системы, и теперь мы можем сказать, с гораздо большей уверенностью, чем когда-либо прежде, что мы нашли воду на экзопланете. Тем не менее, низкое количество воды, которое мы до сих пор находили, довольно удивительно".

Он указал, что этот вывод представляет собой серьезную трудность для теории экзопланет. "Это в основном вызывает целую кучу проблем в формировании планет. Мы ожидали, что на всех этих планетах много воды. Мы должны пересмотреть теорию формирования и миграционные модели планет-гигантов, особенно "горячих Юпитеров ", и исследовать, как они образуются ".

Эти результаты могут иметь серьезные последствия для поиска воды на потенциально обитаемых экзопланетах размером с Землю. Приборы на будущих космических телескопах, возможно, должны быть разработаны с более высокой чувствительностью, если целевые планеты суше, чем прогнозировалось.

По материалам  Space Telescope Science Institute