Среди множества открытых экзопланет и кандидатов в них в самых-самых ходят тела относительно небольших размеров и со средней плотностью, превышающей (!) показатель чистого железа. Природа их, исходя из существующих теорий образования планет, не то что неясна, но и попросту загадочна. К примеру, плотность экзопланеты CoRoT-7 b оценивается в 10,4 ± 1,8 г/см³ — будто это чистое серебро (что, напомним, значительно тяжелее железа или меди).

Как предположил Оливье Грассе (Olivier Grasset), геофизик из Нантского университета (Франция), единственной достоверной версией образования таких сверхплотных тел может быть теория ядра планеты-гиганта: в неразберихе становления той или иной планетной системы гигант начал мигрировать ближе к звезде и в конечном счете подошёл к ней так близко (ближе Меркурия), что потерял внешние слои, состоящие из газов, оставшись с одним сверхплотным ядром.

У этой концепции есть несколько проблем. В частности, симуляции процесса испарения газов с планет-гигантов показывают, что для полной потери лёгких веществ нужно колоссальное время, сопоставимое со сроками существования систем. Иными словами, многие «горячие Юпитеры» и прочие тела в том же роде просто не должны успеть потерять волатильные вещества внешних слоёв.

Чтобы проверить гипотезу, исследователи создали компьютерную модель, анализирующую сценарий потери лёгких газов. Выяснилось, что длительная потеря массы никак не объясняет существования сверхплотных планет. Дело в том, что, хотя ядро того же Юпитера или Сатурна чрезвычайно плотное, таковым оно остаётся только тогда, когда на него «давят» 500 гигапаскалей массы основной части планеты, её колоссальной атмосферы и нижних слоёв. Если же на протяжении миллиардов лет это давление постепенно падает (как итог испарения газов), ядро перестаёт удерживаться колоссальным давлением и «расслабляется», увеличившись в объеме и снизив плотность.

А вот если срыв газов случится за очень короткое по геологическим меркам время, то от планеты-гиганта останется нечто вроде «суперземли», только чудовищно плотной. При этом в дальнейшем снижение плотности такого «огрызка» бывшего газового гиганта почти не происходит.

Как же быть с тем, что все модели, анализирующие испарение, показывают весьма умеренные темпы потери газовой оболочки? Здесь, разумеется, возможны варианты, ибо пока наука слишком мало знает о недрах планет-гигантов. Одним из сценариев сверхбыстрой потери газовый оболочки может быть, например, катастрофическое столкновение гиганта с другой экзопланетой сходных габаритов. В этом случае потеря атмосферы может быть чрезвычайно быстрой, а то, что такие события не исключены, подтверждает присутствие в нашем небе Луны, являющейся реликтом сходной коллизии между Землёй и неким планетарным телом из ранней Солнечной системы.

Итоги исследования были представлены на прошлой неделе на собрании Лондонского королевского общества.

Подготовлено по материалам Nature News.