Астрофізики визначили найбільш ймовірні області параметрів для екзопланет різних типів

Астрофізики з США, Німеччини та Великобританії визначила найбільш ймовірні області параметрів — маси, радіуса і тиску в ядрі — для екзопланет різних типів. В даний час склад і будова речовини екзопланет оцінюють шляхом порівняння їх з об’єктами Сонячної системи, що мають схожі масу і радіус. При цьому, звичайно, враховується відстань, що відокремлює ту або іншу планету від світила і дозволяє вибрати підходящу модель внутрішньої структури. В самому процесі моделювання однією з ключових характеристик стає щільність речовини.

Для обчислення стисливості в широкому діапазоні тисків і температур можна використовувати рівняння стану. Явний недолік експериментальних даних, що відносяться до тисків від 200 ГПа до 10 ТПа (від величин, досяжних в дослідах з алмазними ковадлами, до нижньої межі ділянки, на якій добре проявляє себе модель Томаса — Фермі — Дірака), ускладнює виведення цього рівняння, однак автори все ж зуміли виконати необхідні теоретичні розрахунки і встановили, якими повинні бути співвідношення маси і тиску в ядрі і маси та радіусу у різних екзопланет. При цьому розглядалися тіла з заліза, Fe-Ni, SiO2, MgO, базальту (склад за кількістю атомів: 60,11% — O, 18,26% — Si, 5,96% — Al, 4,01% — Ca, а також Fe, Mg, H, Na, Ti, K, P, Mn), «льодів» (H2O, NH3, CH4), водню.

На малюнку нижче показані приклади кривих, що відповідають рівнянням стану Fe3Ni, базальту, води, метану і водню. Легко помітити, що планети Сонячної системи розмістилися саме в тих областях графіка, де їм належить бути: «кам’янисті» тіла окупували ділянка між Fe-Ni і базальтами, Юпітер і Сатурн опинилися біля кривої, що відповідає водню, а Уран і Нептун — у CH4. Очікувані позиції на «крижаний» стороні базальтової кривий зайняли і малі планети Еріда і Плутон.

Співвідношення маси і радіусу для планет різного складу (ілюстрація з Astrophysical Journal).

Крім того, на графіку відзначені знайдені астрономами «суперземли» Kepler-10b, CoRoT-7b і GJ 1214b і «гарячі Юпітери» HAT-P-2b, CoRoT-3b та CoRoT-2b. Їхні маси й радіуси були виміряні з відносно високою точністю, що дозволяє зробити обґрунтовані припущення про їх складі. Kepler-10b, приміром, повинна бути «кам’янистої» і мати залізне ядро, маса якого складає 66% від загальної маси планети, а тиск в її центрі має становити 2,5+0,4–0,3 ТПа. В ядрі величезного «гарячого Юпітера» CoRoT-3b тиск буде доходити вже до 1 900 ТПа — величини, яка може вважатися рекордної для незіркової матерії.

У найближчому майбутньому ці теоретичні розрахунки можуть отримати дослідне підтвердження: тиск, що вимірюється одиницями і десятками терапаскалей, досяжно в експериментах, які фізики хочуть провести на базі американського наукового комплексу National Ignition Facility.

Повна версія звіту опублікована у виданні Astrophysical Journal; препринт статті можна завантажити з сайту arXiv.

Підготовлено за матеріалами Ліверморської національної лабораторії ім. Лоуренса.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *