Рассчитаны теоретические соотношения массы и радиуса для экзопланет разного строения
Дмитрий Сафин | Послушать эту новость
Астрофизики из США, Германии и Великобритании определили наиболее вероятные области параметров — массы, радиуса и давления в ядре — для экзопланет разных типов.
В настоящее время состав вещества и строение экзопланет оценивают путём сравнения их с объектами Солнечной системы, имеющими схожие массу и радиус. При этом, разумеется, учитывается и расстояние, которое отделяет ту или иную планету от её светила и позволяет выбрать подходящую модель внутренней структуры. В самом процессе моделирования одной из ключевых характеристик становится сжимаемость вещества.
Для вычисления сжимаемости в широком диапазоне давлений и температур можно использовать уравнение состояния. Явный недостаток экспериментальных данных, относящихся к давлениям от 200 ГПа до 10 ТПа (от величин, достижимых в опытах с алмазными наковальнями, до нижней границы участка, на котором хорошо проявляет себя модель Томаса — Ферми — Дирака), усложняет вывод этого уравнения, однако авторы всё же сумели выполнить необходимые теоретические расчёты и установили, какими должны быть соотношения массы и давления в ядре и массы и радиуса у различных экзопланет. При этом рассматривались тела из железа, Fe-Ni, SiO2, MgO, базальта (состав по числу атомов: 60,11% — O, 18,26% — Si, 5,96% — Al, 4,01% — Ca, а также Fe, Mg, H, Na, Ti, K, P, Mn), «льдов» (H2O, NH3, CH4), водорода.
На рисунке ниже показаны примеры кривых, отвечающих уравнениям состояния Fe3Ni, базальта, воды, метана и водорода. Легко заметить, что планеты Солнечной системы разместились именно в тех областях графика, где им положено быть: «каменистые» тела оккупировали участок между Fe-Ni и базальтом, Юпитер и Сатурн оказались у кривой, соответствующей водороду, а Уран и Нептун — у CH4. Ожидаемые позиции на «ледяной» стороне базальтовой кривой заняли и малые планеты Эрида и Плутон.
| Соотношения массы и радиуса для планет разного состава (иллюстрация из Astrophysical Journal). |
Кроме того, на графике отмечены найденные астрономами «суперземли» Kepler-10b, CoRoT-7b и GJ 1214b и «горячие Юпитеры» HAT-P-2b, CoRoT-3b и CoRoT-2b. Их массы и радиусы были измерены с относительно высокой точностью, что позволяет сделать обоснованные предположения об их составе. Kepler-10b, к примеру, должна быть «каменистой» и иметь железное ядро, масса которого составляет 66% от общей массы планеты, а давление в её центре должно составлять 2,5+0,4–0,3 ТПа. В ядре огромного «горячего Юпитера» CoRoT-3b давление будет доходить уже до 1 900 ТПа — величины, которая может считаться рекордной для незвёздной материи.
В ближайшем будущем эти теоретические расчёты могут получить опытное подтверждение: давление, измеряемое единицами и десятками терапаскалей, достижимо в экспериментах, которые физики хотят провести на базе американского научного комплекса National Ignition Facility.
Полная версия отчёта опубликована в издании Astrophysical Journal; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.
Подготовлено по материалам Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса
Источник: science.compulenta.ru.
Рейтинг публикации:
|
