Планетологи уже больше десяти лет ломают голову над странной закономерностью: во Вселенной крайне мало миров, чей радиус примерно в 1,8 раза больше земного. Эта пустующая зона в графиках получила название «радиусная долина». Ученые пытаются понять, почему космические тела делятся на две четкие категории. Одни — это компактные каменистые планеты, другие — более крупные и раздутые газовые гиганты. Чтобы разрешить этот спор, исследователи предложили проект космической миссии под названием Ранний исследователь эволюции. Его задача — поймать планеты на самом первом этапе их жизни и увидеть, как они на самом деле формируются.

 

Загадка двух типов планетных систем

Современные каталоги далеких миров четко разделяют их на две группы. К первой относятся так называемые суперземли. Это твердые тела, которые по размеру больше нашей планеты, но не достигают указанного предела в 1,8 радиуса. Вторая категория — субнептуны. Они крупнее, и у них есть мощные атмосферы из легких газов. Между ними пролегает своеобразная пустыня, где почти нет объектов среднего размера. Долгое время оставалось неясным, является ли это результатом случайных совпадений или за этим стоят фундаментальные законы физики.

Существует две основные теории, объясняющие это явление. Одна из них опирается на процессы, происходящие в атмосфере молодых планет. Согласно этой идее, все протопланеты изначально рождаются похожими: у них есть твердое ядро, которое со временем наращивает массу за счет захвата водорода и гелия. Однако если такой объект оказывается слишком близко к своей звезде, ее жесткое излучение просто сдувает газовую оболочку. В итоге остается голое каменистое ядро — суперземля. Те же тела, что находятся чуть дальше, сохраняют газ и превращаются в субнептуны.

 

Гипотеза водных миров и сухих ядер

Вторая точка зрения предлагает иной сценарий. В ней разделение на типы заложено изначально, еще на этапе формирования. В этом случае суперземли — это сухие скалистые тела, родившиеся внутри так называемой снеговой линии. За этой чертой вода может существовать только в виде пара или льда. Субнептуны же, согласно этой гипотезе, — это планеты-океаны. Они формируются дальше от звезды, где много льда и воды. Их внутренний состав примерно наполовину состоит из скальных пород и наполовину из воды. Разрыв в размерах между ними — это просто физический предел плотности разных материалов.

Чтобы понять, какая из теорий верна, астрономам нужно изучить планеты, которым от роду всего несколько миллионов лет. Именно в этот период происходит закладка их будущей судьбы. Если теория испарения атмосфер верна, то у молодых звезд мы должны видеть много промежуточных объектов. Если верна теория водных миров, то разделение на типы будет заметно с самого начала. Проблема в том, что найти такие юные миры невероятно сложно. Из нескольких тысяч известных экзопланет совсем молодых — единицы.

 

Техническое оснащение будущего телескопа

Проект Ранний исследователь эволюции нацелен на то, чтобы кардинально изменить статистику. Планируется, что аппарат будет непрерывно наблюдать за тридцатью разными скоплениями молодых звезд. Каждое поле он будет изучать в течение месяца. За два с половиной года работы телескоп сможет проанализировать свет примерно от двадцати тысяч недавно родившихся светил. Это позволит создать беспрецедентную выборку данных о самых ранних этапах жизни планетных систем.

Главная трудность при наблюдении за молодыми звездами — их неустойчивость. Они постоянно выбрасывают мощные вспышки, которые создают ложные сигналы. Из-за этого телескоп может принять вспышку за прохождение планеты по диску звезды. Чтобы отсеять помехи, в проекте предусмотрели три вида сенсоров. Они будут работать в разных диапазонах:

• ближний ультрафиолет;
• видимый оптический свет;
• ближний инфракрасный спектр.

Звездные вспышки очень ярко сияют в ультрафиолете. Анализируя данные с первого сенсора, ученые смогут вычесть влияние этих вспышек из общей картины. Таким образом, «шум» от активности звезды будет убран, и астрономы смогут разглядеть тусклые тела, скрытые рядом с ней.

 

Ожидания от миссии и проверка теорий

Количество открытых планет напрямую зависит от того, какая физическая модель соответствует действительности. Если Вселенная действительно полна газовых карликов, которые со временем теряют свою оболочку, телескоп сможет найти до сотни новых объектов. В этом случае мы увидим множество субнептунов на разных стадиях «усыхания». Миссия специально сосредоточена на поиске небольших планет. Огромные горячие юпитеры не входят в круг ее интересов, так как они слишком редки и не помогают понять природу радиусной долины.

Если же субнептуны окажутся плотными водными мирами, результаты будут скромнее. В таком сценарии аппарат сможет обнаружить всего около пяти новых планет. Остальные объекты будут слишком малы, чтобы их засекли даже самые чувствительные приборы на фоне яркой звезды. Таким образом, само количество открытий станет ответом на фундаментальный вопрос о происхождении наших соседей по Галактике.

Сейчас проект находится на стадии разработки концепции. Он представлен на рассмотрение в рамках программы малых исследовательских зондов. В случае одобрения и выделения финансирования, аппарат станет важнейшим инструментом для астрономии. Исследователи получат возможность впервые увидеть, как формируются миры, подобные нашей Земле, и почему некоторым из них суждено стать каменистыми, а другим — окутаться плотными слоями газа.

Детальное описание концепции миссии и методы обработки данных опубликованы в электронной библиотеке препринтов. С этим материалом можно ознакомиться по ссылке, где представлена научная работа команды под руководством Джорджа Чжоу.

Понимание процессов, происходивших в Солнечной системе миллиарды лет назад, невозможно без изучения аналогичных процессов в других уголках космоса. Предлагаемая миссия даст шанс заглянуть в колыбель планет. Это поможет не только заполнить пробелы в теоретической физике, но и лучше осознать уникальность нашего собственного дома в бескрайнем пространстве. Наблюдения за юными мирами окончательно решат, является ли радиусная долина случайностью или неизбежным этапом жизни любой звезды.