Ще 30 років тому вчені не були впевнені в існуванні планет за межами нашої Сонячної системи. Тепер їх знайдено понад 5 000.
Але коли астрономи підрахували розміри екзопланет, виявилася дивна прогалина. У космосі є безліч "суперземель" - кам'янистих світів, які приблизно на 40% більші за Землю. І безліч "міні-нептунів", що перевищують нашу планету в 2,4 раза.
Але дуже мало об'єктів потрапляє в проміжок між ними; складається враження, що природа встановила лише два умовних "патерни" їхнього утворення.
Однак нова модель, опублікована в Astrophysical Journal Letters, пропонує альтернативну теорію, чому так сталося: вся справа в зіткненнях.
Попередні гіпотези про планетарний "розрив радіуса" припускали, що високі температури зменшують розміри деяких планет, пояснює астрофізик Університету Райса Андре Ізідоро, провідний автор дослідження.
За його словами, з часом планети наближатимуться до своїх зірок-господарів. Ця обставина змушує відносно легкі планети "худнути" швидше, оскільки зростаючі температури буквально випаровують поверхню.
Водночас важчі планети мають достатню гравітацію, щоб утримати матерію, що випаровується (переважно зовнішні гази), і таким чином зберегти свої розміри.
Робота Ізідоро ставить під сумнів таке теплове пояснення, припускаючи, що розрив виникає внаслідок зіткнень "старих" планет.
Його команда провела комп'ютерне моделювання, засноване на теорії ймовірного розвитку планетарних систем: як стверджує науковець, планети, що формуються поблизу зірок, зазвичай кам'янисті, тоді як більш віддалені об'єкти зазвичай надзвичайно багаті водою або льодом. Практично всі молоді планети тією чи іншою мірою нагадують Нептун.
У міру старіння планетних систем і їхнього дрейфу до своїх зірок, їхні орбіти стають менш нестабільними, і вони часто стикаються.
У результаті накопичується загальна маса. Але вони також втрачають газові шари, тому загальний радіус зменшується. Постапокаліпічні планети більш щільні.
Крім того, під час зіткнення двох багатих на воду планет, додає Ізідоро, "розміри змінюються не так сильно, тому що вода менш щільна, тому вони все ще залишаються вище долини радіуса" навіть після зникнення зовнішніх газів.
Водночас зіткнення кам'янистої планети з багатою на воду "сестрою" призводить до появи ще більш багатої на воду планети.
За словами Джеймса Оуена, астрофізика з Імперського коледжу Лондона, який не брав участі в новому дослідженні, модель зіткнень працює за умови, якщо планети не втрачають масу від нагріву, як вважалося раніше.
З іншого боку, зазначає Оуен, "якщо вірити моделі, то доведеться припустити, що зіткнення між планетарними тілами ... відбуваються набагато рідше, ніж ми думаємо".
Щоб перевірити обидві гіпотези, необхідно проаналізувати хімічний склад міні-нептунів. Якщо екзопланети такого розміру містять багато водню і гелію, це доводить гіпотезу втрати маси; висока частка води і льоду говорить на користь зіткнень.
Однак "немає можливості відповісти на наші запитання за допомогою стандартних спостережень", - каже співавтор дослідження Хільке Шліхтінг, астрофізик із Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі.
Усе просто: "формування планет протягом мільйонів років неможливо спостерігати в режимі реального часу".
"Я думаю, що для того, щоб зрозуміти, про що насправді говорять нам дані, потрібні модельні дослідження, - упевнений Шліхтінг, - і такі дослідження "можуть перевернути наше уявлення про формування нашої власної Сонячної системи".
