Скелясті екзопланети дивніші, ніж ми думали

Нове дослідження з астрономії припускає, що більшість сусідніх скелястих екзопланет зовсім не схожі ні на що в нашій Сонячній системі.

Астроном з NOIRLab NSF об’єднався з геологом з Каліфорнійського державного університету у Фресно, щоб зробити перші оцінки типів гірських порід, знайдених на планетах, що обертаються навколо зірок. Вивчивши хімічний склад «забруднених» білих карликів, вони прийшли до висновку, що більшість кам’янистих планет, що обертаються навколо зірок, є більш різноманітними та екзотичними, ніж вважалося раніше, а типи гірських порід не зустрічаються ніде в нашій Сонячній системі.

Астрономи виявили тисячі планет, що обертаються навколо зірок у нашій галактиці, відомих як екзопланети. Однак важко точно знати, з чого складаються ці планети і чи нагадує будь-яка з них Землю. Намагаючись з’ясувати це, астроном Сій Сю з NOIRLab NSF співпрацював з геологом Кітом Бутеркою з Каліфорнійського державного університету у Фресно, щоб дослідити атмосферу так званих білих карликів. Це щільні колапсуючі ядра зірок, які були нормальними, як Сонце, які містять дивний матеріал з планет, астероїдів або інших кам’янистих тіл, які оберталися навколо зірки, але врешті-решт потрапили в білий карлик і «забруднення» його атмосфери. Шукаючи елементи, які неможливо знайти в атмосфері білого карлика (щось інше, крім водню та гелію), вчені можуть з’ясувати, з чого були зроблені скелясті планетарні тіла, що впали на зірку.

Згідно з новими дослідженнями астронома і геолога NOIRLab, скелясті екзопланети ще дивніші, ніж вважалося раніше. Вивчаючи атмосферу залишків зірок, які називаються білими карликами, пара виявила види гірських порід, яких немає в нашій Сонячній системі. Кожен білий карлик «забруднений» матеріалом зі скелястих тіл, які спочатку оберталися навколо нього, але впали в нього і поширили його елементи через його атмосферу. Деякі скельні структури настільки рідкісні, що вченим довелося створити нові назви, щоб класифікувати типи гірських порід, з яких складалися ці стародавні планети.

Бутерка і Шоу розглянули 23 забруднених білих карлика, всі в межах 650 світлових років від Сонця, оскільки кальцій, кремній, магній і залізо були точно виміряні за допомогою обсерваторії WM Keck на Гаваях, космічного телескопа Хаббл та інших обсерваторій. Потім вчені використали виміряні кількості цих елементів, щоб відновити мінерали та гірські породи, які вони могли утворити. Вони виявили, що ці білі карлики мають набагато ширший діапазон композицій, ніж будь-яка з внутрішніх планет нашої Сонячної системи, що вказує на те, що їхні планети мають різноманітні типи гірських порід. Насправді, деякі з композиції настільки незвичайні, що Бутирку та Шоу довелося створити нові назви (наприклад, «піроксенітовий кварц» і «Периклазовий донець»), щоб класифікувати нові типи гірських порід, які повинні були існувати на цих планетах.^[1]

«Хоча деякі екзопланети, які обертаються навколо забруднених білих карликів, схожі на Землю, більшість із них мають типи гірських порід, які є чужими для нашої Сонячної системи», – сказав Шоу. «У них немає прямих аналогів у Сонячній системі».

Бутерка описує, що можуть означати ці нові типи скель для скелястих світів, до яких вони належать. “Деякі типи гірських порід, які ми бачимо за даними білого карлика, розчиняють більше води, ніж каміння на Землі, і можуть вплинути на розвиток океанів”, – пояснив він. «Деякі типи гірських порід можуть танути при набагато нижчих температурах і утворювати кору, яка товща за земну породу, а деякі типи гірських порід можуть бути слабкішими, що може сприяти розвитку тектоніки плит».

Попередні дослідження забруднених білих карликів виявили елементи зі скелястих тіл, включаючи кальцій, алюміній і літій. Однак Бутирка і Шоу пояснили, що це другорядні елементи (які зазвичай складають невелику частину земної породи), а вимірювання основних елементів (які становлять велику частину земної породи), особливо кремнію, необхідні, щоб знати правду. Що за скелі були на тих планетах.

Крім того, Бутирка і Шоу повідомили, що високий рівень магнію та низький рівень кремнію, виміряні в атмосферах білих карликів, вказують на те, що виявлені скелясті уламки, ймовірно, походять із внутрішніх частин планет – з мантії, а не з їхньої кори. Деякі попередні дослідження забруднених білих карликів повідомляли про ознаки континентальної кори на скелястих планетах, які колись оберталися навколо цих зірок, але Бутирка і Шоу не знайшли жодних ознак кори. Однак спостереження не повністю виключають, що планети мають континентальну кору або інші типи кори. «Ми вважаємо, що якщо є породи земної кори, ми не зможемо їх побачити, можливо, тому, що вони мають дуже малу частку в порівнянні з масою інших компонентів планети, таких як ядро ​​та мантія, які потрібно виміряти», – Бутерка. заявлено.

За словами Сюй, поєднання астронома і геолога стало ключем до розкриття таємниць, прихованих у забрудненій атмосфері білого карлика. “Я познайомився з Кітом Бутеркою на конференції і був схвильований тим, що він міг допомогти мені зрозуміти системи, які я спостерігав. Він навчав мене геології, астрономії і зрозумів, як зрозуміти ці таємничі системи екзопланет”.

Результати пари були опубліковані у номері від 2 листопада 2021 року Природні зв’язки.

Примітки

1. Методи класифікації «звичайних» або поточних гірських порід засновані на тому, що олівін і ортопироксен є переважаючими мінералами в мантії Землі (і мантіях інших скелястих планет нашої Сонячної системи). Однак для багатьох екзопланет може бути відсутнім олівін і присутній кварц, або ортопироксен може бути відсутнім і присутнім периклаз, тому була розроблена нова таксономічна номенклатура. Нові класифікації типів гірських порід, запропоновані Бутеркою і Шоу, включають: «піроксеновий кварц», який містить більше 10% ортопироксену, кленопіроксену та кварцу; «Ортопіроксенітовий кварц», що містить більше 10% ортопироксену і кварцу і менше 10% клінопіроксену; «Priclase Donut», що містить понад 10 % пріклази та олівіну та менше 10 % клінопіроксену; «Приклазовий вихрь», що містить понад 10% периклазу, олівіну та клінопроксену; і «периклазу клінопроксенат», який містить менше 10% олефіну і більше 10% піриклази і клінопроксену.

Довідка: «Забруднені білі карлики виявляють дивні скелясті види на екзопланетах нашого сонячного регіону», Кіт де Бутерка та Сі Сю, 2 листопада 2021 р., Природні зв’язки.
DOI: 10.1038 / s41467-021-26403-8