В Млечном Пути широко распространены планеты, которые по своим характеристикам похожи на Нептун, но немного меньше его. Они называются субнептунами. Долгое время считалось, что внутреннее строение этих планет схоже с земным: у них есть металлическое ядро, мантия и атмосфера. Однако недавнее исследование, опубликованное на платформе arXiv и в журнале The Astrophysical Journal, предлагает новую модель, которая может изменить представление о субнептунах.

Специалисты провели исследования, чтобы понять, как ведут себя водород, железо и минералы, которые образуют горные породы, в условиях экстремальных давлений и температур внутри планет, похожих на Нептун.

В результате данного исследования выяснилось, что в случае, когда планета содержит большое количество водорода (а это более 1% от общей массы), то её недра не разделяются на ядро и мантию. Вместо этого образуется единая смесь из расплавленного железа, раскалённой породы и водорода, где все компоненты находятся в смешанном состоянии.

В результате мы видим следующую ситуацию: при недостатке водорода образуется типичное металлическое ядро, подобное земному. В случае избытка водорода вся внутренняя область планеты становится гомогенной.

В новой концепции нашли объяснение некоторые особенности экзопланет, которые ранее не удавалось прояснить. В частности, исследователи обнаружили множество суперземель — крупных планет с твёрдой поверхностью — и субнептунов — газовых планет. Однако почти не было найдено планет среднего размера.

Новая модель предполагает, что молодые субнептуны содержат водород в своих недрах, который постепенно выделяется в атмосферу, изменяя размер планеты с течением времени. Кроме того, модель естественным образом объясняет связь между размером планеты и её орбитальным периодом.

Если предположение о выделении водорода из недр планеты в атмосферу верно, то молодые субнептуны должны демонстрировать более медленное сжатие по сравнению с прогнозами стандартных моделей. Это может быть подтверждено с помощью телескопа «Джеймс Уэбб» и новых программ поиска экзопланет, которые анализируют транзиты — моменты, когда планета проходит перед своей звездой.

В лабораторных условиях пока не удаётся в полной мере воссоздать условия, характерные для субнептунов, такие как экстремальные давления и температуры. Неясно, какое количество тепла аккумулируют недра таких планет. Модель основана на статистических данных наблюдений и не учитывает индивидуальные особенности каждой планеты.

В нашей галактике существует множество планет, которые могут отличаться от Земли по своему устройству. Возможно, что модель «ядро — мантия — атмосфера» не является универсальной, а Земля — не типичным представителем планетных систем, а скорее исключением. Если эта гипотеза подтвердится, то это существенно изменит наше понимание внутреннего строения планет и эволюции планетных систем.