Космос подкидывает новые сюрпризы: от водных миров до гигантских сажевых планет

В астрономии планеты-сажа — это не гигантские кометы или облака черного пороха. Новое исследование под руководством Цзе Ли из Мичиганского университета предполагает существование целого типа планет, состоящих из органических углеродных соединений, известных как сажа, и они могут быть намного более распространены, чем считалось ранее. Эта идея может изменить наши представления о составных планетах и о том, как формируются экзопланеты.

Сажа как основной компонент планет

В астрономическом контексте сажа представляет собой органическое углеродное соединение (CHON), которое содержит углерод, водород, кислород и азот. Эти вещества широко распространены в Солнечной системе, например, в составе комет, где сажа может составлять до 40% от общей массы.

В связи с этим ученые предполагают, что в ранний период формирования планет сажа могла быть важным элементом, который влиял на состав планет.

Новое исследование на основе моделей протопланетных дисков предполагает, что за пределами так называемой "снеговой линии" (область, где вода конденсируется в лед) существует "линия сажи". Это теоретическая граница, за которой сажа сохраняет свою стабильность и может составлять основную часть планет.

За этой линией планеты могли бы формироваться, включая сажу в своем составе, что открывает новые перспективы для классификации планет в нашей галактике.

Три зоны формирования планет

В рамках исследования астрономы предложили модель, разделяющую протопланетный диск на три зоны. Внутренняя зона диска, где температура слишком высокая, не может поддерживать существование сажи. В этой области формируются только каменистые планеты, такие как Земля и Марс.

Вторая зона, расположенная между "линией сажи" и "снеговой линией", представляет собой область, где могут образовываться планеты, состоящие преимущественно из сажи, но с очень низким содержанием воды. Такие планеты были бы схожи с Титаном, спутником Сатурна, с метановой атмосферой и углеродными материалами в составе.

Дальше за "снеговой линией" появляются планеты, которые можно назвать "смешанными сажево-водными мирами". Эти планеты содержат как сажу, так и воду, что делает их состав гораздо более сложным. В таких мирах сажа может составлять 15-20% от массы планеты, а вода — 50%.

Различие между сажевыми и водными мирами

Одна из интересных особенностей предложенной модели заключается в том, что планеты, состоящие из сажи, и традиционные водные планеты, могут быть почти неотличимы по своим массе и радиусу. Таким образом, некоторые экзопланеты, которые ранее считались водными мирами, на самом деле могут быть планетами, состоящими из углеродных материалов.

Чтобы выяснить, к какой категории относится та или иная планета, необходимо изучать её атмосферу.

Телескоп имени Джеймса Уэбба уже начал изучать некоторые экзопланеты и обнаружил метан и углекислый газ в атмосферах таких планет, как K2-12b и TOI-280d. Эти планеты могут быть сажевыми мирами, и их состав может быть более углеродным, чем водным.

Особенно интересен пример TOI-280d, где наблюдается высокое соотношение углерода и кислорода, что является потенциальным признаком планеты с сажей в составе.

Влияние на обитаемость и будущее исследования

Планеты с преобладанием сажи имеют несколько уникальных характеристик. Например, такие планеты могут иметь алмазные ядра, которые замедляют движение летучих веществ в мантии, что делает сложным поддержание магнитного поля, необходимого для защиты жизни от космических лучей.

С другой стороны, на таких планетах могут быть метан и другие органические вещества, которые могут сыграть ключевую роль в пребиотической химии — процессе, который предшествует образованию жизни.