Лавові світи, масивні екзопланети, де розташоване блискуче небо та бурхливі вулканічні моря, які називаються океанами магми, зовсім не схожі на планети нашої Сонячної системи.
На сьогодні виявлено, що майже 50% усіх відкритих скелястих екзопланет здатні утримувати магму на своїх поверхнях, ймовірно, через те, що ці планети знаходяться так близько до своїх зірок-господарів, що обертаються по орбіті менш ніж за 10 днів. Знаходячись так близько, планета піддається бомбардуванню суворою погодою та підвищує температуру поверхні до екстремальних значень, що робить її практично непривітною для життя, яким ми її знаємо сьогодні.
Тепер у новому дослідженні вчені показали, що ці широкі розплавлені океани мають великий вплив на спостережувані властивості гарячих скелястих Суперземель, такі як їхні розміри та еволюційний шлях.
Їхнє дослідження, нещодавно опубліковане в The Astrophysical Journal, виявило, що через надзвичайно стисливу природу лави океани магми можуть призвести до того, що багаті лавою планети без атмосфери будуть дещо щільнішими, ніж тверді планети такого ж розміру, а також впливатимуть на структуру їхніх мантій, товстий внутрішній шар, який оточує ядро планети.
Незважаючи на це, оскільки ці об’єкти, як відомо, недостатньо вивчені, може бути важким завданням охарактеризувати фундаментальну роботу лавових планет, сказав Кірстен Болі, провідний автор дослідження та аспірант астрономії в Університеті штату Огайо.
«Світи лави — це дуже дивні, дуже цікаві речі, і через те, як ми виявляємо екзопланети, ми більш упереджені до їх пошуку», — сказав Боулі, чиє дослідження зосереджено навколо розуміння того, які основні інгредієнти роблять екзопланети унікальними та як налаштувати ці елементи, або у випадку лавових світів їхня температура може повністю змінити їх.
Одним із найвідоміших із цих таємничих палаючих світів є 55 Cancri e, екзопланета на відстані приблизно 41 світлового року від нас, яку вчені описують як домівку для блискучого неба та бурхливих лавових морів.
Хоча в нашій Сонячній системі є об’єкти, такі як супутник Юпітера Іо, які є надзвичайно вулканічно активними, у нашій частині космосу немає справжніх лавових планет, які вчені могли б досліджувати зблизька та особисто. Проте дослідження того, як склад магматичних океанів впливає на еволюцію інших планет, наприклад, як довго вони залишаються розплавленими і з яких причин вони врешті-решт охолоджуються, може запропонувати ключ до власної вогняної історії Землі, сказав Болі.
«Коли планети спочатку формуються, особливо кам’янисті планети земної групи, вони проходять стадію магматичного океану під час охолодження», — сказав Болі. «Тож лавові світи можуть дати нам деяке уявлення про те, що могло статися в еволюції майже будь-якої планети земної групи».
Використовуючи програмне забезпечення моделювання внутрішніх екзопланет Exoplex і дані, зібрані в ході попередніх досліджень, щоб побудувати модуль, який містив інформацію про кілька типів складів магми, дослідники змоделювали кілька еволюційних сценаріїв земної планети з температурою поверхні від 2600 до 3860 градусів за Фаренгейтом. температура плавлення, при якій тверда мантія планети перетвориться на рідку.
Зі створених ними моделей команда змогла розрізнити, що мантії магматичних океанських планет можуть мати одну з трьох форм: перша, коли вся мантія повністю розплавлена, друга, коли магматичний океан лежить на поверхні, і третя сендвіч-модель, яка складається з океану магми на поверхні, шару твердої породи в середині та ще одного шару розплавленої магми, який лежить найближче до ядра планети.
Результати показують, що друга і третя форми зустрічаються трохи частіше, ніж повністю розплавлені планети. Залежно від складу магматичних океанів, деякі вільні від атмосфери екзопланети краще, ніж інші, уловлюють летючі елементи — такі сполуки, як кисень і вуглець, необхідні для формування ранніх атмосфер — протягом мільярдів років.
Наприклад, у дослідженні зазначається, що базальна планета класу магми, яка в 4 рази масивніша за Землю, може вловлювати більш ніж у 130 разів більше маси води, ніж сьогодні в океанах Землі, і приблизно в 1000 разів більше кількості вуглецю, який зараз присутній на поверхні планети. і скоринка.
«Коли ми говоримо про еволюцію планети та її потенціал мати різні елементи, необхідні для підтримки життя, здатність уловлювати багато летких елементів у їхніх мантіях може мати більші наслідки для придатності для життя», — сказав Болі.
Лавові планети ще дуже далеко від того, щоб стати достатньо придатними для життя, але важливо розуміти процеси, які допомагають цим світам туди потрапити. З усім тим, це дослідження ясно показує, що вимірювання їх щільності не є найкращим способом схарактеризувати ці світи, якщо порівнювати їх із твердими екзопланетами, оскільки магматичний океан істотно не збільшує і не зменшує щільність своєї планети, сказав Болі.
Натомість їхні дослідження показують, що вчені повинні зосередитись на інших наземних параметрах, таких як флуктуації в гравітації поверхні планети, щоб перевірити свої теорії про те, як працюють гарячі лавові світи, особливо якщо майбутні дослідники планують використовувати їхні дані для допомоги у більших планетарних дослідженнях.
«Ця робота, яка є поєднанням наук про Землю та астрономії, в основному відкриває нові цікаві питання про лавові світи», — сказав Болі. Джерело