Совершенно новый класс миров — необычная планета с гигантским океаном магмы всего в 35 световых годах от нас

Группа астрономов обнаружила свидетельства существования ранее неизвестного типа планет за пределами нашей Солнечной системы. Этот необычный мир содержит огромное количество серы глубоко под своей поверхностью, в океане расплавленной породы. Исследование, описывающее это открытие, было опубликовано в журнале Nature Astronomy.

Планета, а точнее, экзопланета, так как она вращается вокруг звезды за пределами нашей Солнечной системы, получила наименование L 98-59 d. Она вращается вокруг небольшой красной звезды на расстоянии около 35 световых лет от Земли. Наблюдения с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), а также данные наземных обсерваторий, выявили нечто неожиданное. Несмотря на то, что планета примерно в 1,6 раза больше Земли, она имеет необычайно низкую плотность, а ее атмосфера содержит большое количество сероводорода.

До недавнего времени астрономы отнесли бы планету, подобную L 98-59 d, к каменистым «газовым карликам» с насыщенной водородом атмосферой или к богатым водой мирам, где преобладают глубокие океаны и лед. Однако новые исследования показывают, что L 98-59 d не соответствует ни одной из этих категорий. Вместо этого, планета, похоже, принадлежит к совершенно другому классу миров, в которых преобладают тяжелые соединения серы.

Чтобы лучше изучить планету, исследователи использовали сложные компьютерные модели для отслеживания ее эволюции с момента образования до наших дней, то есть почти пять миллиардов лет. Объединив данные телескопа с подробными моделями недр и атмосфер планет, ученые реконструировали то, что может происходить глубоко под поверхностью планеты.

Анализ показывает, что мантия L 98-59 d может состоять из расплавленной силикатной породы, подобной земной лаве. Под поверхностью находится глобальный магматический океан, простирающийся на тысячи километров в глубину. Этот огромный резервуар расплавленной породы позволяет планете хранить огромные запасы серы в своих недрах в течение геологических периодов времени. Магматический океан также помогает поддерживать плотную атмосферу, богатую водородом и серосодержащими газами, такими как сероводород. Обычно излучение от звезды-хозяина постепенно выносит эти газы в космос за счет потери атмосферы под действием рентгеновского излучения.

На протяжении миллиардов лет взаимодействие расплавленного ядра планеты и ее атмосферы формировало химические сигналы, которые учёные обнаруживают в настоящее время. Эти процессы помогают объяснить необычный состав атмосферы, наблюдаемый на L 98-59 d. Исследователи предполагают, что этот мир может представлять собой первый выявленный пример более крупной группы богатых газом, преимущественно серных планет, которые поддерживают долгоживущие магматические океаны.

Наблюдения, проведенные телескопом JWST в 2024 году, выявили диоксид серы и другие серосодержащие газы в верхних слоях атмосферы L 98-59 d. Согласно моделям, разработанным командой исследователей, эти газы могут образовываться, когда ультрафиолетовое излучение от звезды-хозяина, красного карлика L 98-59, запускает химические реакции в атмосфере.

Тем временем, магматический океан под поверхностью действует как огромная система хранения летучих химических веществ. Он может поглощать и высвобождать эти газы в течение миллиардов лет после образования планеты. Это взаимодействие между глубинными хранилищами и атмосферной химией, вызванной ультрафиолетовым излучением, помогает объяснить необычные свойства, которые наблюдают ученые.

Моделирование также предполагает, что L 98-59 d образовалась с большим запасом летучих веществ и, возможно, когда-то напоминала более крупную планету субнептунового типа. Со временем планета постепенно остыла и потеряла часть своей атмосферы, что привело к ее уменьшению в размерах.

Ученые отмечают, что магматические океаны считаются исходным состоянием всех каменистых планет, в том числе Земли и Марса. Поэтому изучение магматических океанов на далеких планетах может дать ключ к пониманию самых ранних этапов истории нашей планеты.

Также исследование показывает, что с помощью моделирования можно реконструировать глубокое прошлое инопланетных миров и обнаружить типы планет, не имеющие аналогов в нашей Солнечной системе. А если применить подобные модели к предстоящим наблюдениям и задействовать методы машинного обучения, можно составить карту широкого спектра типов планет за пределами Солнечной системы и связать эти миры с их ранней историей.