Команда, возглавляемая астрономами UdeM, обнаружила доказательства того, что две экзопланеты, вращающиеся вокруг красного карлика, являются "водными мирами", планетами, где вода составляет большую часть объема. Эти миры, расположенные в планетной системе на расстоянии 218 световых лет от нас в созвездии Лиры, не похожи ни на какие планеты, найденные в нашей солнечной системе.

Команда, возглавляемая аспиранткой Кэролайн Пиоле из Института исследований экзопланет Троттье (iREx) при Монреальском университете, опубликовала подробное исследование планетной системы, известной как Kepler-138, в журнале Nature Astronomy сегодня, 15 декабря.

Пиоле, который входит в исследовательскую группу Бьерна Беннеке, наблюдал экзопланеты Kepler-138c и Kepler-138d с помощью космических телескопов НАСА "Хаббл" и "Спитцер" и обнаружил, что планеты, которые примерно в полтора раза больше Земли, могут состоять в основном из воды. Эти планеты и планетный компаньон, более близкий к звезде, Kepler-138b, были обнаружены ранее космическим телескопом НАСА "Кеплер".

Вода не была обнаружена непосредственно, но, сравнивая размеры и массы планет с моделями, они пришли к выводу, что значительная часть их объема — до половины — должна быть сделана из материалов, которые легче камня, но тяжелее водорода или гелия (которые составляют основную часть газовых планет-гигантов как Юпитер). Наиболее распространенным из этих материалов-кандидатов является вода.

"Раньше мы думали, что планеты, которые были немного больше Земли, были большими шарами из металла и камня, похожими на увеличенные версии Земли, и именно поэтому мы назвали их суперземлями", - объяснил Беннеке. "Однако теперь мы показали, что эти две планеты, Kepler-138c и d, совершенно различны по своей природе: большая часть всего их объема, вероятно, состоит из воды. Это первый раз, когда мы наблюдаем планеты, которые можно с уверенностью идентифицировать как водные миры, тип планет, который, по теории астрономов, существовал в течение длительного времени ".

Имея объемы, более чем в три раза превышающие земные, и массы в два раза большие, планеты c и d имеют гораздо меньшую плотность, чем Земля. Это удивительно, потому что большинство планет, чуть больше Земли, которые до сих пор были детально изучены, все казались скалистыми мирами, подобными нашему. По словам исследователей, наиболее близким сравнением с этими двумя планетами были бы некоторые из ледяных лун во внешней части Солнечной системы, которые также в значительной степени состоят из воды, окружающей скалистое ядро.

"Представьте себе более крупные версии Европы или Энцелада, богатых водой спутников, вращающихся вокруг Юпитера и Сатурна, но гораздо ближе к их звезде", - объяснил Пиоле. "Вместо ледяной поверхности у Kepler-138 c и d были бы большие оболочки из водяного пара".

Исследователи предупреждают, что на планетах могут не быть океанов, подобных земным, непосредственно на поверхности планеты. "Температура в атмосферах Kepler-138c и Kepler-138d, вероятно, выше точки кипения воды, и мы ожидаем, что на этих планетах будет плотная атмосфера, состоящая из пара. Только в этой паровой атмосфере потенциально может быть жидкая вода при высоком давлении или даже вода в другой фазе, которая возникает при высоких давлениях, называемая сверхкритической жидкостью", - сказал Пиоле.

Недавно другая команда из Монреальского университета обнаружила другую планету под названием TOI-1452 b, которая потенциально может быть покрыта океаном жидкой воды, но для изучения ее атмосферы и подтверждения наличия океана потребуется космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА.

В 2014 году данные космического телескопа НАСА "Кеплер" позволили астрономам объявить об обнаружении трех планет, вращающихся вокруг красного карлика Кеплер-138 в созвездии Лиры. Это было основано на измеримом падении звездного света, когда планета на мгновение проходила мимо их звезды, транзит.

Беннеке и его коллега Диана Драгомир из Университета Нью-Мексико выдвинули идею повторного наблюдения планетной системы с помощью космических телескопов "Хаббл" и "Спитцер" в период с 2014 по 2016 год, чтобы зафиксировать больше транзитов Kepler-138d, третьей планеты в системе, с целью изучения ее атмосферы.

В то время как ранее наблюдения космического телескопа НАСА "Кеплер" показали только прохождение трех малых планет вокруг Kepler-138, Пиоле и ее команда были удивлены, обнаружив, что наблюдения Хаббла и Спитцера предполагали наличие четвертой планеты в системе, Kepler-138e.

Эта недавно обнаруженная планета мала и находится дальше от своей звезды, чем три другие, и ей требуется 38 дней, чтобы завершить орбиту. Планета находится в обитаемой зоне своей звезды, умеренном регионе, где планета получает от своей холодной звезды ровно столько тепла, сколько нужно, чтобы не было ни слишком жарко, ни слишком холодно, чтобы допустить наличие жидкой воды.

Природа этой дополнительной, недавно обнаруженной планеты, однако, остается открытым вопросом, поскольку она, по-видимому, не проходит мимо своей звезды-хозяина. Наблюдение за транзитом экзопланеты позволило бы астрономам определить ее размер.

С появлением Kepler-138e массы ранее известных планет были снова измерены с помощью метода изменения времени прохождения, который заключается в отслеживании небольших изменений в точных моментах прохождения планет перед их звездой, вызванных гравитационным притяжением других близлежащих планет.

Исследователей ждал еще один сюрприз: они обнаружили, что два водных мира Kepler-138c и d являются планетами-близнецами, практически одинаковыми по размеру и массе, в то время как ранее считалось, что они кардинально отличаются. С другой стороны, более близкая планета, Kepler-138b, подтверждена как небольшая планета с массой Марса, одна из самых маленьких экзопланет, известных на сегодняшний день.

"По мере того, как наши приборы и методы станут достаточно чувствительными, чтобы находить и изучать планеты, которые находятся дальше от своих звезд, мы могли бы начать находить гораздо больше водных миров, таких как Kepler-138 c и d", - заключил Беннеке.