Три планеты, известные как HD 189733b, HD 209458b и WASP-12b, находятся на расстоянии от 60 до 900 световых лет от Земли и считались идеальными кандидатами для обнаружения водяного пара в их атмосферах из-за высоких температур, в которых вода вращается. в измеряемый пар.Эти так называемые «горячие юпитеры» находятся так близко к своей звезде, что их температура составляет от 1500 до 4000 градусов по Фаренгейту, однако было обнаружено, что на планетах содержится от одной десятой до одной тысячной количества воды, предсказываемой стандартной планетой. теории образования."Наше измерение воды на одной из планет, HD 209458b, является самым точным измерением любого химического соединения на планете за пределами нашей солнечной системы, и теперь мы можем сказать с гораздо большей уверенностью, чем когда-либо прежде, что мы обнаружили воду в экзопланета, — сказал Никку Мадхусудхан из Института астрономии Кембриджского университета, Англия. «Тем не менее, низкая водность, которую мы обнаружили до сих пор, весьма удивительна».Мадхусудхан, возглавлявший исследование, сказал, что это открытие представляет собой серьезную проблему для теории экзопланет. «По сути, это открывает целую банку червей в формировании планет.
Мы ожидали, что на всех этих планетах будет много воды. Мы должны пересмотреть модели образования и миграции планет-гигантов, особенно« горячих юпитеров », и исследовать, как они». реформирована ".Он подчеркивает, что эти результаты могут иметь большое значение для поиска воды на потенциально обитаемых экзопланетах размером с Землю. Инструменты на космических телескопах будущего, возможно, потребуется разработать с более высокой чувствительностью, если планеты-цели будут более сухими, чем предполагалось. «Мы должны быть готовы к гораздо более низкому содержанию воды, чем прогнозировалось, если смотреть на суперземли (скалистые планеты, масса которых в несколько раз превышает массу Земли)», — сказал Мадхусудхан.
Используя ближний инфракрасный спектр планет, наблюдаемых с помощью Хаббла, Мадхусудхан и его сотрудники оценили количество водяного пара в каждой из планетных атмосфер, которое объясняет данные.Планеты были выбраны потому, что они вращаются вокруг относительно ярких звезд, которые излучают достаточно излучения для получения спектра инфракрасного света. Особенности поглощения водяного пара в атмосфере планеты обнаруживаются, потому что они накладываются на небольшое количество звездного света, проникающего через атмосферу планеты.
Обнаружение воды для планет, проходящих через Землю, практически невозможно, потому что в атмосфере Земли много воды, что затрудняет наблюдение. «Для таких наблюдений нам действительно нужен космический телескоп Хаббл», — сказал Николя Крузе из Института Данлэпа при Университете Торонто и соавтор исследования.В настоящее время принятая теория образования планет-гигантов в нашей солнечной системе, известная как аккреция ядра, утверждает, что планета формируется вокруг молодой звезды в протопланетном диске, состоящем в основном из водорода, гелия, а также частиц льда и пыли, состоящих из других химических элементов. . Частицы пыли прилипают друг к другу, образуя в конечном итоге все более крупные зерна. Гравитационные силы диска втягивают эти зерна и более крупные частицы, пока не образуется твердое ядро.
Затем это приводит к безудержной аккреции как твердых тел, так и газа, чтобы в конечном итоге сформировать гигантскую планету.Эта теория предсказывает, что пропорции различных элементов на планете увеличены по сравнению с таковыми в ее звезде, особенно кислорода, который, как предполагается, является наиболее увеличенным. Ожидается, что после образования планеты-гиганта ее атмосферный кислород в значительной степени будет заключен в молекулах воды.
Очень низкий уровень водяного пара, обнаруженный в ходе этого исследования, поднимает ряд вопросов о химических ингредиентах, которые приводят к образованию планет.«Мы еще очень многого не знаем об экзопланетах, поэтому это открывает новую главу в понимании того, как формируются планеты и солнечные системы», — сказал Дрейк Деминг из Университета Мэриленда в Колледж-Парке, возглавлявший одну из первых фигур. исследования. «Проблема в том, что мы предполагаем, что воды столько же, сколько в нашей солнечной системе. Наше исследование показало, что водные объекты могут быть намного слабее наших ожиданий».
Результаты опубликованы 24 июля в The Astrophysical Journal Letters.