Открыты новые механизмы формирования воды на экзопланетах

Одной из самых интригующих загадок планетологии стало повсеместное присутствие воды на экзопланетах, где, согласно всем канонам астрофизики, ее просто не должно быть. Каким образом водные миры возникают в раскаленных окрестностях далеких звезд, где испарение любой влаги казалось бы неминуемым? Ответ, как выяснилось, может скрываться не в ледяных кометах из внешних регионов системы, а в самых недрах самих планет. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, предлагает захватывающее объяснение этого феномена, коренным образом меняющее наши представления о формировании и эволюции планет.

Особый интерес для науки представляют так называемые субнептуны — планеты, занимающие промежуточное положение между Землей и Нептуном по размеру. Традиционная модель их формирования предполагала, что они рождаются далеко от своей звезды, за так называемой снеговой линией, где вода существует в виде льда, а затем мигрируют ближе к светилу.

Однако количество воды, обнаруживаемое на многих из этих планет, оказалось слишком велико, чтобы его можно было объяснить лишь миграцией или бомбардировкой кометами. Более ранние эксперименты также не давали удовлетворительного ответа, показывая, что при экстремальном давлении, характерном для недр субнептунов, может образовываться лишь незначительное количество воды. Этот парадокс требовал принципиально нового подхода.

Прорывное открытие пришло из лаборатории, где ученые смоделировали условия, царящие в глубинах этих загадочных миров. Исследователи обнаружили, что при высоких давлениях, в тысячи раз превышающих давление в земной атмосфере, силикатные породы в каменном ядре планеты переходят в магматическое состояние.

Когда этот силикатный расплав вступает в контакт с плотной водородной атмосферой, характерной для субнептунов, происходит неожиданная реакция: кислород, высвобождаемый из магмы, активно соединяется с водородом, образуя значительные объемы воды. Ключевым моментом стало то, что количество образующейся воды может достигать нескольких десятков массовых процентов, что на порядки превосходит предыдущие прогнозы, основанные на экстраполяции моделей с низким давлением.

Этот механизм не только решает головоломку с происхождением воды, но и предлагает единую картину эволюции для целого класса планет. Согласно новой теории, богатые водородом субнептуны и богатые водой миры — это не отдельные категории, а разные стадии одного процесса.

По мере того как водород в атмосфере планеты реагирует с кислородом из ее раскаленного каменного ядра, она постепенно превращается из газового мини-Нептуна в водный мир или суперземлю с плотной атмосферой. Таким образом, распространенные в галактике «океанические» миры (hycean) — планеты с водородной атмосферой, под которой скрывается глобальный океан, — могут быть прямым следствием этих внутренних химических реакций.

Данное исследование кардинально меняет научное понимание формирования экзопланет. Оно опровергает устоявшийся догмат о том, что водные миры могут возникать только в холодной зоне звездных систем, и предполагает, что вода может быть гораздо более распространенным веществом во Вселенной, чем считалось ранее.

Это, в свою очередь, расширяет круг небесных тел, на которых потенциально может существовать жизнь. Будущие исследования, включающие более широкий спектр планетарных материалов и условий, а также уточненные наблюдения за атмосферами экзопланет, позволят проверить эту гипотезу и, возможно, откроют новые, еще более удивительные страницы в космической истории воды.