Скалистые экзопланеты еще более странные, чем мы думали

Астроном из NOIRLab NSF объединился с геологом из Калифорнийского государственного университета во Фресно, чтобы сделать первые оценки типов горных пород, существующих на планетах, вращающихся вокруг ближайших звезд. Изучив химический состав «загрязненных» белых карликов, они пришли к выводу, что большинство скалистых планет, вращающихся вокруг ближайших звезд, более разнообразны и экзотичны, чем считалось ранее, с типами горных пород, которых нет нигде в нашей Солнечной системе.

Астрономы обнаружили тысячи планет, вращающихся вокруг звезд в нашей галактике, известных как экзопланеты. Однако трудно понять, из чего именно состоят эти планеты и напоминают ли они Землю. Чтобы попытаться выяснить это, астроном Сийи Сю из NOIRLab NSF сотрудничал с геологом Китом Путиркой из Калифорнийского государственного университета во Фресно, чтобы изучить атмосферы так называемых загрязненных белых карликов. Это плотные коллапсирующие ядра некогда нормальных звезд, таких как Солнце, которые содержат инородный материал с планет, астероидов или других скалистых тел, которые когда-то вращались вокруг звезды, но в конечном итоге упали в белый карлик и «загрязнили» его атмосферу. Ища элементы, которые в естественных условиях не существовали бы в атмосфере белого карлика (что-либо кроме водорода и гелия),

Путирка и Сюй посмотрели на 23 загрязненных белых карлика, все в пределах 650 световых лет от Солнца, где кальций, кремний, магний и железо были точно измерены с помощью обсерватории Кека на Гавайях, космического телескопа Хаббла. и другие обсерватории. Затем ученые использовали измеренные содержания этих элементов, чтобы восстановить минералы и горные породы, которые могли бы из них образоваться. Они обнаружили, что эти белые карлики имеют гораздо более широкий диапазон составов, чем любая из внутренних планет в нашей Солнечной системе, предполагая, что их планеты имеют более широкий спектр типов горных пород. На самом деле, некоторые из композиций настолько необычны, что Путирке и Сюй пришлось придумать новые названия (такие как «кварцевые пироксениты» и «периклазовые дуниты»), чтобы классифицировать новые типы горных пород, которые должны были существовать на этих планетах.

«В то время как некоторые экзопланеты, которые когда-то вращались вокруг загрязненных белых карликов, кажутся похожими на Землю, большинство из них имеют породы, экзотические для нашей Солнечной системы», — сказал Сюй. «У них нет прямых аналогов в Солнечной системе».

Путирка описывает, что эти новые типы камней могут означать для скалистых миров, к которым они принадлежат. «Некоторые типы горных пород, которые мы видим из данных о белых карликах, могут растворять больше воды, чем горные породы на Земле, и могут повлиять на развитие океанов», — пояснил он. «Некоторые типы горных пород могут плавиться при гораздо более низких температурах и образовывать более толстую кору, чем породы Земли, а некоторые типы горных пород могут быть более слабыми, что может способствовать развитию тектоники плит».

Более ранние исследования загрязненных белых карликов обнаружили элементы из скалистых тел, в том числе кальций, алюминий и литий. Однако Путирка и Сюй объясняют, что это второстепенные элементы (которые обычно составляют небольшую часть земной породы), и измерения основных элементов (которые составляют большую часть земной породы), особенно кремния, необходимы, чтобы действительно знать какие типы горных пород существовали бы на этих планетах.

Кроме того, Путирка и Сюй заявляют, что высокие уровни магния и низкие уровни кремния, измеренные в атмосфере белых карликов, предполагают, что обнаруженные каменные обломки, вероятно, пришли из недр планет — из мантии, а не из их коры. Некоторые предыдущие исследования загрязненных белых карликов сообщали о признаках существования континентальной коры на каменистых планетах, которые когда-то вращались вокруг этих звезд, но Путирка и Сюй не нашли никаких доказательств наличия пород в земной коре. Однако наблюдения не исключают полностью, что планеты имели континентальную или другие типы коры. «Мы считаем, что если порода земной коры существует, мы не можем ее увидеть, вероятно, потому, что она встречается в слишком малой части по сравнению с массой других планетных компонентов, таких как ядро ​​и мантия, чтобы их можно было измерить», — заявил Путирка.

По словам Сюй, пара астронома и геолога была ключом к раскрытию секретов, скрытых в атмосфере загрязненных белых карликов. «Я встретил Кита Путирка на конференции и был взволнован тем, что он может помочь мне понять системы, которые я наблюдаю. Он научил меня геологии, а я научил его астрономии, и мы выяснили, как разобраться в этих загадочных экзопланетных системах».

Результаты пары опубликованы в выпуске Nature Communications от 2 ноября 2021 года .

Примечания

[1] «Нормальные» или существующие методы классификации горных пород основаны на том факте, что оливин и ортопироксен являются доминирующими минералами в мантии Земли (и мантий других каменистых планет в нашей Солнечной системе). Однако для многих экзопланет оливин может отсутствовать и присутствовать кварц, или может отсутствовать ортопироксен и присутствует периклаз, и поэтому была разработана новая классификационная номенклатура. Новая классификация типов пород, предложенная Путиркой и Сюй, включает: «кварцевые пироксениты», которые содержат более 10% ортопироксена, клинопироксена и кварца; «кварцевые ортопироксениты», содержащие более 10% ортопироксена и кварца и менее 10% клинопироксена; «периклазовые дуниты», которые содержат более 10% периклаза и оливина и менее 10% клинопироксена; «верлиты периклаза», которые содержат более 10% каждого из периклаза, оливина и клинопироксена; и «периклазные клинопироксениты», которые содержат менее 10% оливина и более 10% периклаза и клинопироксена.