Планетарная система Kepler-138

Команда, возглавляемая исследователями из Монреальского университета, обнаружила доказательства того, что две экзопланеты, вращающиеся вокруг звезды красного карлика, являются «водными мирами», где вода составляет большую часть всей планеты. Эти миры, расположенные в планетной системе на расстоянии 218 световых лет от нас в созвездии Лиры, не похожи ни на одну планету, найденную в нашей Солнечной системе.

Команда, возглавляемая Кэролайн Пиоле из Института исследований экзопланет Троттье при Монреальском университете, опубликовала подробное исследование этой планетной системы, известной как Kepler-138, в журнале Nature Astronomy от 15 декабря 2022 года.

Астрономы наблюдали экзопланеты Kepler-138 c и Kepler-138 d с помощью космических телескопов «Хаббл» и «Спитцер» и обнаружили, что планеты могут состоять в основном из воды. Эти две планеты и меньший планетный компаньон ближе к звезде, Kepler-138 b, были обнаружены ранее космическим телескопом «Кеплер». Новое исследование также нашло доказательства существования четвертой планеты.

Вода не была обнаружена непосредственно на Kepler-138 c и d, но, сравнивая размеры и массы планет с моделями, астрономы приходят к выводу, что значительная часть их объема должна состоять из материалов, которые легче камня, но тяжелее водорода или гелия (которые составляют основную часть газовых планет-гигантов, таких как Юпитер). Наиболее распространенным из этих материалов является вода.

Раньше считалось, что планеты, которые были немного больше Земли, были большими шарами из металла и камня, как увеличенные версии Земли, и именно поэтому мы назвали их суперземлями. Экзопланеты Kepler-138 c и d, совершенно разные по своей природе и большая часть всего их объема, вероятно, состоит из воды. Это лучшее доказательство существования водных миров, планет такого типа, о существовании которых астрономы предполагали долгое время.

Имея объемы более чем в 3 раза больше, чем у Земли и массы в 2 раза больше, экзопланеты c и d имеют гораздо меньшую плотность, чем Земля. Это удивительно, потому что большинство планет, чуть больше Земли, которые были детально изучены до сих пор, казались скалистыми мирами, подобными нашему. По словам исследователей, самым близким сравнением были бы некоторые из ледяных спутников во внешней Солнечной системе. Они в значительной степени состоят из воды, окружающей скалистое ядро.

Представьте себе большие версии Европы или Энцелада, которые богаты водой. Они вращающихся вокруг Юпитера и Сатурна, но гораздо ближе к их звезде. Вместо ледяной поверхности они будут содержать большие оболочки из водяного пара.

Исследователи предупреждают, что на планетах может не быть океанов, подобных земным, непосредственно на поверхности планеты. Температура в атмосфере Kepler-138 d, вероятно, выше точки кипения воды, и ожидается, что на этой планете будет густая плотная атмосфера, состоящая из пара. Только в этой паровой атмосфере потенциально может быть жидкая вода под высоким давлением или даже вода в другой фазе, которая возникает при высоких давлениях, называемая сверхкритической жидкостью.

В 2014 году данные космического телескопа «Кеплер» позволили астрономам объявить об обнаружении трех планет, вращающихся вокруг Kepler-138. Это было основано на изменении звездного света, когда планета на мгновение проходит перед своей звездой.

Астрономы выдвинули идею повторного наблюдения планетной системы с помощью космических телескопов «Хаббл» и «Спитцер» в период с 2014 по 2016 год, чтобы поймать больше транзитов Kepler-138 d — третьей планеты в системе, для изучения ее атмосферы.

Два возможных водных мира — Kepler-138 c и d не расположены в обитаемой зоне. Такая зона вокруг звезды, где температура позволяет на поверхности скалистой планеты находиться жидкой воде. Но в данных «Хаббла» и «Спитцера» исследователи дополнительно обнаружили доказательства существования новой планеты в системе — Kepler-138 e, которая находится в обитаемой зоне.

Эта, недавно найденная экзопланета, маленькая и находится дальше от своей звезды, чем три другие. Ей требуется 38 дней, чтобы завершить орбиту. Природа этой, недавно обнаруженной, планеты остается открытым вопросом, потому что она не проходит транзитом через свою звезду. Наблюдение за транзитом экзопланеты позволило бы астрономам определить ее размер.

У Kepler-138 e масса была измерена с помощью метода изменения времени прохождения, который заключается в отслеживании небольших изменений в точные моменты прохождения планет перед их звездой, вызванных гравитационным притяжением других близлежащих планет.

Исследователей ждал еще один сюрприз. Они обнаружили, что два водных мира Kepler-138 c и d являются «планетами-близнецами», практически с одинаковыми размерами и массой. Ранее считалось, что они кардинально отличаются. С другой стороны, подтверждено, что ближайшая планета, Kepler-138 b, является небольшой планетой с массой Марса — одной из самых маленьких экзопланет, известных на сегодняшний день.