Учёные нашли объяснение странным, богатым водой экзопланетам: они сами производят воду

Новое исследование, опубликованное в Nature, описывает процесс, который может объяснить, почему значительная часть экзопланет имеет воду на поверхности, даже когда это не укладывается в стандартные модели.

Вода там, где её быть не должно

Категория экзопланет размером между Землёй и Нептуном, так называемые «субнептуны», обычно имеют каменное ядро, окружённое оболочкой из водорода или воды. Это логично, если планета формируется далеко от звезды, где вода может существовать в виде льда. Однако некоторые из этих планет обнаружены гораздо ближе к своим звёздам, где должно быть слишком жарко для существования воды на поверхности.

Количество воды, обычно обнаруживаемое на их поверхностях, слишком велико, чтобы объяснить его попаданием с кометами и астероидами. Предыдущие эксперименты также показали, что водород может восстанавливать железо в силикатах с образованием воды, но лишь в малых количествах при высоких давлениях на поверхности субнептуна.

Вода из неожиданного источника

Авторы исследования сообщают об экспериментальных доказательствах реакций между тёплым, плотным водородным флюидом и силикатным расплавом, которые высвобождают кремний из магмы с образованием сплавов и гидридов при высоких давлениях.

Они обнаружили, что кислород, высвобождаемый из силикатного расплава, реагирует с водородом, производя значительное количество воды — до нескольких десятков весовых процентов. Это намного больше, чем предсказывалось ранее на основе экстраполяции данных для идеального газа при низком давлении.

Высокие давления на субнептунах (до 10 000 атмосфер Земли) приводят к тому, что силикатные породы находятся в форме магмы. Кислород тогда свободно реагирует с водородом в атмосфере, создавая воду — и, по-видимому, в очень больших количествах.

Эти реакции также объясняют существование как богатых водородом, так и богатых водой внешних оболочек, поскольку они, по-видимому, существуют в спектре. По мере того как водород на богатой водородом планете расходуется на производство воды, планета смещается к более богатому водой типу.

«Реакция, о которой мы сообщаем здесь, предполагает, что эти типы планет могут быть фундаментально связаны: богатые водородом субнептуны могут быть предшественниками богатых водой субнептунов и суперземель. Если избыточная, непрореагировавшая атмосфера H₂ может сохраниться, субнептуны с богатой H₂ атмосферой, покрывающей богатый H₂O слой над ядром (то есть миры-океаны), могут быть довольно распространены», — объясняют авторы исследования.

Новое понимание формирования экзопланет

Этот новый взгляд на образование воды на планетах бросает вызов идее о том, что богатые водой планеты должны формироваться далеко от своих звёзд, предполагая, что водные миры могут быть более распространены и формироваться в неожиданных местах. Это также меняет взгляд учёных на потенциал жизни на других планетах, расширяя диапазон планет, на которых может быть вода.