Суперземли возникают в кольце массивного протопланетного диска

Ученые Калифорнийского технологического института и Обсерватории Лазурного берега предложили новую гипотезу формирования планет, которая объясняет возникновение суперземель — класса экзопланет, которые в несколько раз более массивны, чем Земля.

Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy. Кратко о результатах научной работы рассказывается в пресс-релизе на Phys.org.

По словам Константина Батыгина, одного из авторов исследования, наблюдения экзопланет за последнее десятилетие показали, что стандартная теория образования планет нуждается в пересмотре. Он должна объяснить не только формирование скалистых планет Солнечной системы, но также происхождение систем, в которых планеты-суперземли оказываются похожими друг на друга с точки зрения расстояния между орбитами, размера, массы и других характеристик.

Согласно одной из гипотез исследователей, формирование планет в Солнечной системе происходило в двух отдельных кольцах протопланетного диска. Во внутреннем кольце образовывались маленькие каменистые планеты (Меркурий, Венера, Земля и Марс), а во внешнем — массивные ледяные гиганты, два из которых превратились в Юпитер и Сатурн. Суперземли не встречаются в Солнечной системе, хотя некоторые из них обладают толстыми водородными атмосферами, что делает их похожими на гигантские газовые планеты.

Новая модель возникновения суперземель основана на опубликованной в 2020 году работе Батыгина и Алессандро Морбиделли (Alessandro Morbidelli), в которой ученые объяснили формирование четырех крупнейших спутников Юпитера — Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто, известных под собирательным названием галилеевы спутники. Вокруг газовой планеты образуется декреционный диск, из которого происходит отток вещества, однако при этом в нем накапливается ледяная пыль. В этом диске образуются небесные тела, которые покидают его как только достигают достаточного размера.

В случае всей планетной системы твердый скальный материал концентрируется в узком кольце диска, называемой линией сублимации силиката, где образуются частицы твердой гальки. Этот участок диска функционирует как «фабрика», способная произвести несколько каменистых планет одинакового размера. По мере роста планета, взаимодействующая с веществом диска, мигрирует ближе к звезде.

Если кольцо содержит много массы, планеты растут до тех пор, пока не мигрируют прочь от него, в результате чего образуется система похожих друг на друга суперземель. Если кольцо имеет небольшую массу, оно образует систему, которая больше похожа на планеты земной группы Солнечной системы.