Вперше в історії науковці пояснили походження планет у космосі

Дослідники з Університету Райса розробили нову модель формування екзопланет, яка пояснює походження двох найпоширеніших типів – суперземель і мінінептунів. Ці планети, що перевищують розмір Землі у 1–4 рази, становлять значну частку планет у Чумацькому Шляху, проте механізм їх утворення досі залишався предметом наукових дискусій.

Попередні теорії припускали, що планети формуються внаслідок хаотичного злипання твердих тіл у протопланетному диску. Однак нова модель, розроблена Сьо Сібатою та Андре Ізідоро й опублікована в The Astro­phys­i­cal Jour­nal Let­ters, вказує на впорядкований механізм, що залежить від відстані до зірки. Дослідники застосували метод N‑body моделювання, який дозволяє точно відстежувати взаємодію численних тіл під дією гравітації.

Розрахунки показали, що існують дві основні зони утворення планет. Перша – до 1,5 астрономічних одиниць (а.о.) від зірки, де висока температура не дозволяє існувати водяному льоду. Тут формуються суперземлі – кам’янисті планети з тонкими або відсутніми атмосферами, які виникають унаслідок зіткнень великих тіл. Друга зона – за 5 а.о., де через низькі температури вода замерзає, а планети ростуть шляхом акреції дрібних пилових частинок, що сприяє утворенню мінінептунів із потужними газовими оболонками.

Одна з важливих знахідок дослідження – пояснення так званої «радіусної долини» – відсутності екзопланет із розмірами близько 1,8 радіуса Землі. Виявилося, що це результат різних механізмів формування: планети, менші за цей поріг, походять із внутрішнього регіону, а більші – із зовнішнього. Також дослідники змогли пояснити феномен «горошин у стручку» – подібні розміри планет у межах однієї системи зумовлені стабільністю умов у кожному з формувальних поясів.

Ця модель добре узгоджується зі спостереженнями за реальними екзопланетами та дає оцінку поширеності потенційно придатних для життя світів. За розрахунками, приблизно 1% таких систем може містити землеподібні планети в зонах, сприятливих для життя, що еквівалентно мільйонам таких світів у Чумацькому Шляху.

Наступним кроком стане перевірка передбачень за допомогою нових телескопів, які зможуть вивчати планети на відстані однієї астрономічної одиниці від зірок – аналог земної орбіти. Якщо ця модель підтвердиться, вона докорінно змінить розуміння планетоутворення та допоможе у пошуку потенційно населених світів.