Скільки ще "Земель" у Галактиці: несподівані результати досліджень

Це відкриття створює нові перспективи для пошуку екзопланет, здатних підтримувати життя.

Нові дослідження вказують на те, що кількість планет, схожих за розміром на Землю та здатних утримувати атмосферу й гідросферу, може бути значно більшою, ніж припускали раніше. До таких висновків вчені дійшли, вивчаючи процеси формування суперземель і мінінептунів.

Про це повідомляє phys.org.

Нова модель формування планет

Дослідники Університету Райса, Шо Шибата та Андре Ізидоро, запропонували нову модель виникнення суперземель та мінінептунів – найпоширеніших екзопланет у Чумацькому Шляху, які мають розміри від 1 до 4 земних. Використовуючи сучасні комп’ютерні симуляції, вчені висунули гіпотезу, що ці тіла утворюються з окремих кілець планетезималей. Такий підхід дає змогу краще зрозуміти процес еволюції планетних систем за межами Сонячної. Результати дослідження опубліковані в журналі The Astrophysical Journal Letters.

Протягом десятиліть науковці намагалися пояснити механізм формування суперземель і мінінептунів. Згідно з традиційними теоріями, планетезималі – крихітні протопланетні об’єкти – утворюються в широких областях навколозоряного диска. Однак Шибата та Ізидоро висунули альтернативну гіпотезу: вони припускають, що ці матеріали концентруються у вузьких кільцевих структурах, що робить процес формування більш впорядкованим, ніж вважалося раніше.

"Ця робота особливо важлива, оскільки вона моделює формування суперземель та мінінептунів, які вважаються найпоширенішими типами планет у галактиці. Один із наших ключових висновків полягає в тому, що шляхи формування Сонячної системи та екзопланетних систем можуть мати фундаментальну схожість", – розповів Шибата.

Комп’ютерне моделювання процесів планетоутворення

Науковці застосували комп’ютерні симуляції N-тіл, які аналізують гравітаційні взаємодії між об’єктами, щоб дослідити утворення планет у двох регіонах: у межах 1,5 астрономічних одиниць (а.о.) від зорі та за межами 5 а.о., біля водної снігової лінії. Моделювання відстежувало зіткнення, зростання і міграції планетезималей протягом мільйонів років. Моделювання показало, що суперземлі утворюються в основному шляхом акреції планетезималей у внутрішньому диску, тоді як мінінептуни формуються за межами снігової лінії, переважно через акрецію кам’янистого матеріалу.

"Наші результати свідчать про те, що суперземлі та мінінептуни формуються не з безперервного розподілу твердого матеріалу, а скоріше з кілець, які концентрують більшу частину маси в твердих речовинах", – зазначає Ізидоро.

Запропонована модель успішно пояснює важливі особливості екзопланетних систем, зокрема явище "долини радіусів" – помітний дефіцит планет із розмірами близько 1,8 радіуса Землі. Вчені припускають, що ця особливість виникає через розподіл планет у двох основних групах: суперземель (до 1,8 радіуса Землі) та мінінептунів (понад 1,8 радіуса), що узгоджується з реальними астрономічними спостереженнями.

Передбачення щодо землеподібних планет

Ще однією важливою особливістю дослідження стало пояснення однорідності розмірів планет у багатопланетних системах. Часто екзопланети в межах однієї системи мають схожі параметри, нагадуючи "горошини в стручку". Кільцева модель природно пояснює цей феномен, оскільки планети формуються та еволюціонують у подібних умовах.

Результати дослідження також узгоджуються зі спостережуваним розподілом орбіт екзопланет, що підтверджує ідею про формування планет у певних зонах, а не випадковий розподіл їх у диску. Більше того, ця модель передбачає можливість існування кам’янистих екзопланет у зонах, придатних для життя.

"Згідно з нашими прогнозами, близько 1% систем суперземля і мінінептун можуть містити планети, схожі на Землю, у межах придатної для життя зони своїх зір. Хоча ця частка відносно невелика, враховуючи, наскільки поширені суперземлі й мінінептуни, вона означає, що приблизно одна планета, схожа на Землю, припадає на 300 світил, подібних до Сонця", – розповів Ізидоро.

Значення для майбутніх досліджень

Ці результати можуть мати велике значення для майбутніх досліджень екзопланет.

"Ці прогнози будуть перевірені за допомогою майбутніх телескопів, що дасть нам важливу інформацію про формування планет та їхню придатність до життя. Якщо майбутні спостереження підтвердять наші прогнози, це може повністю змінити розуміння того, як формуються планети – не лише в нашій Галактиці, але й у всьому Всесвіті", – підкреслює Шибата.

Таким чином, нове дослідження дає вагомі підстави вважати, що у Чумацькому Шляху може існувати значно більше землеподібних планет, ніж передбачалося раніше. Це відкриття відкриває нові перспективи для пошуку екзопланет, здатних підтримувати життя.

До слова, після досліджень так званої супер-Землі – планети K2-18b – вчені припускають, що на ній може існувати життя.