Углеродная планета

Углеродная планета — это гипотетический тип планеты, который содержит больше углерода , чем кислорода . ^[1] Углерод является четвертым по массе элементом во Вселенной после водорода , гелия и кислорода .

Марк Кушнер и Сара Сигер ввели термин «углеродная планета» в 2005 году и исследовали такие планеты после предположения Катарины Лоддерс о том, что Юпитер образовался из богатого углеродом ядра. ^[2]Предыдущие исследования планет с высоким соотношением углерода и кислорода включают Fegley & Cameron 1987. ^[3] Углеродные планеты могут образоваться, если протопланетные диски богаты углеродом и бедны кислородом . Они развивались бы иначе, чем Земля , Марс и Венера , которые состоят в основном из кремний-кислородных соединений. Различные планетные системы имеют разное соотношение углерода и кислорода, при этом планеты земной группы Солнечной системы ближе к «кислородным планетам» с молярным соотношением C / O 0,55. ^[4] В 2020 году исследование 249 близлежащих звезд -аналогов Солнца показало, что 12% звезд имеют соотношение C/O выше 0,65, что делает их кандидатами на роль богатых углеродом планетных систем. ^[5] Экзопланета . 55 Cancri e , вращающаяся вокруг родительской звезды с молярным отношением C/O 0,78 ^[6] является возможным примером углеродной планеты.

Определение

Такая планета, вероятно, будет иметь железом богатое ядро , как и известные планеты земной группы . Вокруг него будет расплавленный карбид кремния и карбид титана . Выше этого слой углерода в виде графита , возможно, с подложкой из алмаза толщиной в несколько километров , если будет достаточное давление. Во время извержений вулканов алмазы из недр могут выйти на поверхность, в результате чего образуются горы алмазов и карбидов кремния. Поверхность будет содержать замороженные или жидкие углеводороды (например, смолу и метан ) и окись углерода . ^[7] Погодный цикл гипотетически возможен на углеродных планетах с атмосферой при условии, что средняя температура поверхности ниже 77 °C.

Однако углеродные планеты, вероятно, будут лишены воды , которая не может образоваться, поскольку любой кислород, доставленный кометами или астероидами, вступит в реакцию с углеродом на поверхности. Атмосфера на относительно холодной углеродной планете будет состоять в основном из углекислого газа или угарного газа со значительным количеством углеродного смога . ^[8]

Состав

По прогнозам, углеродные планеты будут иметь такой же диаметр, что и силикатные и водные планеты той же массы, что потенциально затрудняет их различение. ^[10] Эквиваленты геологических объектов на Земле также могут присутствовать, но другого состава. Например, реки могут состоять из нефти. Если температура достаточно низкая (ниже 350 К), газы могут фотохимически синтезироваться в длинноцепочечные углеводороды, которые могут выпадать на поверхность.

В 2011 году НАСА отменило миссию под названием TPF , которая должна была стать обсерваторией, намного большей, чем космический телескоп Хаббл , которая могла бы обнаружить такие планеты. В спектрах углеродных планет отсутствует вода, но видно присутствие углеродистых веществ, таких как окись углерода.

Возможные кандидаты

Драугр, Полтергейст и Фобетор

Планеты -пульсары Драугр , Полтергейст и Фобетор могут быть углеродными планетами, образовавшимися в результате разрушения звезды, производящей углерод . Углеродные планеты также могут располагаться вблизи Галактического центра или шаровых скоплений, вращающихся вокруг галактики, где звезды имеют более высокое соотношение углерода и кислорода, чем Солнце. Когда старые звезды умирают, они выбрасывают большое количество углерода. С течением времени, когда все больше и больше поколений звезд заканчивают свое существование, концентрация углерода и углеродных планет будет увеличиваться. ^[11]

Янссен

В октябре 2012 года было объявлено, что Янссен продемонстрировал доказательства того, что он является углеродной планетой. Его масса в восемь раз больше Земли и в два раза больше радиус. Исследования показывают, что планета с температурой 2150 ° C (3900 ° F) «покрыта графитом и алмазом, а не водой и гранитом». Он вращается вокруг звезды Коперник каждые 18 часов. ^[12]

Другие богатые углеродом объекты

В августе 2011 года Мэтью Бэйлз и его команда экспертов из Технологического университета Суинберна в Австралии сообщили, что миллисекундный пульсар PSR J1719-1438 может иметь двойную звезду-компаньон, которая превратилась в гораздо меньшую планету, состоящую в основном из твердого алмаза. Они пришли к выводу, что небольшая планета-компаньон, должно быть, вращается вокруг пульсара и вызывает заметное гравитационное притяжение. Дальнейшее исследование показало, что хотя планета относительно небольшая (60 000 км в диаметре, что в пять раз больше Земли), ее масса немного больше, чем у Юпитера. Высокая плотность планеты дала команде ключ к разгадке ее вероятного состава из углерода и кислорода и предположила кристаллическую форму элементов. ^[13] Однако предполагается, что эта «планета» представляет собой остатки испарившегося спутника белого карлика , являясь лишь остатком внутреннего ядра. Согласно некоторым определениям планеты, она не соответствует критериям, поскольку сформировалась как звезда. ^[14]

На расстоянии 267 +1,2
−0,9 пк (около 870 световых лет), ^[15] PSR J2222-0137 - это ближайший двойной двойной пульсар промежуточной массы , компаньоном которого является нейтронная звезда малой массы - белый карлик (PSR J2222-0137 B). Белый карлик имеет относительно большую массу 1,319 ± 0,004 M _☉^[16] и температуре менее 3000 К, ^[15] это означает, что он, вероятно, кристаллизуется, в результате чего этот белый карлик размером с Землю описывается как «алмазная звезда». ^[17]

Коричневые карлики

Планеты вокруг коричневых карликов , вероятно, представляют собой углеродные планеты, обедненные водой. ^[18]

См. также

Внеземные алмазы
Гелиевая планета , еще одна форма белого карлика, потерявшего массу, ставшего планетой.
Железная планета
Планета-океан
ОСА-12б
ОСА-103b

Ссылки

^ Кушнер, Марк Дж .; Сигер, С. (2005). «Внесолнечные углеродные планеты». arXiv : astro-ph/0504214 .
^ Лоддерс, Катарина (2004). «Юпитер образовался из большего количества смолы, чем тепла» (PDF) . Астрофизический журнал . 611 (1): 587–597. Бибкод : 2004ApJ...611..587L . дои : 10.1086/421970 . S2CID 59361587 .
^ Фигли, Брюс младший; Кэмерон, AGW (апрель 1987 г.). «Модель испарения для фракционирования железа и силиката на протопланете Меркурий» (PDF) . Письма о Земле и планетологии . 82 (3–4): 207–222. Бибкод : 1987E&PSL..82..207F . CiteSeerX 10.1.1.667.7941 . дои : 10.1016/0012-821X(87)90196-8 .
^ П.Е. Ниссен, Соотношение углерода и кислорода в звездах с планетами.
^ Стонкуте, Э.; Черный, Ю.; Таутвайсене, Г.; Драздаускас А.; Минкявичюте, Р.; Миколайтис, Ш.; Кьельдсен, Х.; Эссен, К. фон; Пакштене, Э.; Багдонас, В. (2020). «Спектроскопическое исследование высокого разрешения карликовых звезд на северном небе: содержание лития, углерода и кислорода» . Астрономический журнал . 159 (3): 90. arXiv : 2002.05555 . Бибкод : 2020AJ....159...90S . дои : 10.3847/1538-3881/ab6a19 . S2CID 211096705 .
^ Теске, Йоханна К.; Кунья, Катя; Шулер, Саймон К.; Гриффит, Кейтлин А.; Смит, Верн В. (2013). «Изобилие углерода и кислорода в холодных, богатых металлами экзопланетах: исследование соотношения C/O 55 Cancri». Астрофизический журнал . 778 (2): 132. arXiv : 1309.6032 . Бибкод : 2013ApJ...778..132T . дои : 10.1088/0004-637X/778/2/132 . S2CID 119291907 .
^ Массер, Джордж (январь 2010 г.). «Планеты земного типа могут состоять из углерода» . Научный американец . Проверено 3 января 2013 г.
^ «Углеродные планеты», журнал Space Magazine, апрель 2014 г. (стр. 35, на немецком языке)
^ Найе, Боб (24 сентября 2007 г.). «Ученые моделируют рог изобилия планет размером с Землю» . Центр космических полетов Годдарда .
^ Сигер, Сара ; Кушнер, Марк ; Иер-Маджумдер, Кэтрин; Милитцер, Буркхард (2007). «Отношения массы и радиуса твердых экзопланет». Астрофизический журнал . 669 (2): 1279. arXiv : 0707.2895 . Бибкод : 2007ApJ...669.1279S . дои : 10.1086/521346 . S2CID 8369390 .
^ «Углеродные планеты — космическое искусство и астрономические иллюстрации» . Novacelestia.com . Проверено 3 января 2013 г.
^ Уикхэм, Крис (15 октября 2012 г.). «Алмаз больше Земли?» . Рейтер . Проверено 3 января 2013 г.
^ «Найдена твердая алмазная планета» . Австралийское географическое издание . 26 августа 2011 г. Архивировано из оригинала 6 октября 2011 г.
^ Лемоник, Майкл (26 августа 2011 г.). «Ученые обнаружили алмаз размером с планету» . Время . Архивировано из оригинала 26 августа 2011 года.
^ Перейти обратно: ^а ^б Каплан, Дэвид Л.; Бойлз, Джейсон; Данлэп, Барт Х.; Тендулкар, Шрихарш П.; Деллер, Адам Т.; Рэнсом, Скотт М.; Маклафлин, Маура А.; Лоример, Дункан Р.; Лестница, Ингрид Х. (2014). «1,05M _☉ компаньон PSR J2222–0137: самый крутой из известных белых карликов?». Астрофизический журнал . 789 (2): 119. arXiv : 1406.0488v1 . Бибкод : 2014ApJ...789..119K . дои : 10.1088/0004-637X/789/2/119 . ISSN 0004-637X . S2CID 19986066 .
^ Го, Ю.Дж.; Фрейре, PCC; Гиймо, Л.; Крамер, М.; Чжу, WW; Векс, Н.; Макки, JW; Деллер, А.; Дин, Х.; Каплан, Д.Л.; Стейперс, Б.; Коньяр, И.; Мяо, X.; Хаазе, Л.; Кейт, М.; Рэнсом, С.М.; Теро, Г. (2021). «PSR J2222-0137. I. Улучшенные физические параметры системы». Астрономия и астрофизика . 654 : А16. arXiv : 2107.09474 . Бибкод : 2021A&A...654A..16G . дои : 10.1051/0004-6361/202141450 . S2CID 236134389 .
^ Дрейк, Надя (24 июня 2014 г.). «Астрономы обнаружили медленно приготовленный алмаз размером с Землю» . Нэшнл Географик . Архивировано из оригинала 21 марта 2021 года.
^ Паскуччи, Илария ; Герцег, Грег; Карр, Джон С.; Брюдерер, Саймон (декабрь 2013 г.). «Атомный и молекулярный состав дисков вокруг звезд очень малой массы и коричневых карликов» (PDF) . Астрофизический журнал . 779 (2): 178. arXiv : 1311.1228 . Бибкод : 2013ApJ...779..178P . дои : 10.1088/0004-637X/779/2/178 . hdl : 11858/00-001M-0000-0017-AAEA-0 . S2CID 119001471 .

Тан, Кер (7 июня 2006 г.). «На звездных планетах могут быть алмазные горы» . Space.com .

[1] Кушнер, Марк Дж .; Сигер, С. (2005). «Внесолнечные углеродные планеты». arXiv : astro-ph/0504214 .

[2] Лоддерс, Катарина (2004). «Юпитер образовался из большего количества смолы, чем тепла» (PDF) . Астрофизический журнал . 611 (1): 587–597. Бибкод : 2004ApJ...611..587L . дои : 10.1086/421970 . S2CID 59361587 .

[3] Фигли, Брюс младший; Кэмерон, AGW (апрель 1987 г.). «Модель испарения для фракционирования железа и силиката на протопланете Меркурий» (PDF) . Письма о Земле и планетологии . 82 (3–4): 207–222. Бибкод : 1987E&PSL..82..207F . CiteSeerX 10.1.1.667.7941 . дои : 10.1016/0012-821X(87)90196-8 .

[4] П.Е. Ниссен, Соотношение углерода и кислорода в звездах с планетами.

[5] Стонкуте, Э.; Черный, Ю.; Таутвайсене, Г.; Драздаускас А.; Минкявичюте, Р.; Миколайтис, Ш.; Кьельдсен, Х.; Эссен, К. фон; Пакштене, Э.; Багдонас, В. (2020). «Спектроскопическое исследование высокого разрешения карликовых звезд на северном небе: содержание лития, углерода и кислорода» . Астрономический журнал . 159 (3): 90. arXiv : 2002.05555 . Бибкод : 2020AJ....159...90S . дои : 10.3847/1538-3881/ab6a19 . S2CID 211096705 .

[6] Теске, Йоханна К.; Кунья, Катя; Шулер, Саймон К.; Гриффит, Кейтлин А.; Смит, Верн В. (2013). «Изобилие углерода и кислорода в холодных, богатых металлами экзопланетах: исследование соотношения C/O 55 Cancri». Астрофизический журнал . 778 (2): 132. arXiv : 1309.6032 . Бибкод : 2013ApJ...778..132T . дои : 10.1088/0004-637X/778/2/132 . S2CID 119291907 .

[7] Массер, Джордж (январь 2010 г.). «Планеты земного типа могут состоять из углерода» . Научный американец . Проверено 3 января 2013 г.

[8] «Углеродные планеты», журнал Space Magazine, апрель 2014 г. (стр. 35, на немецком языке)

[9] Найе, Боб (24 сентября 2007 г.). «Ученые моделируют рог изобилия планет размером с Землю» . Центр космических полетов Годдарда .

[10] Сигер, Сара ; Кушнер, Марк ; Иер-Маджумдер, Кэтрин; Милитцер, Буркхард (2007). «Отношения массы и радиуса твердых экзопланет». Астрофизический журнал . 669 (2): 1279. arXiv : 0707.2895 . Бибкод : 2007ApJ...669.1279S . дои : 10.1086/521346 . S2CID 8369390 .

[11] «Углеродные планеты — космическое искусство и астрономические иллюстрации» . Novacelestia.com . Проверено 3 января 2013 г.

[12] Уикхэм, Крис (15 октября 2012 г.). «Алмаз больше Земли?» . Рейтер . Проверено 3 января 2013 г.

[13] «Найдена твердая алмазная планета» . Австралийское географическое издание . 26 августа 2011 г. Архивировано из оригинала 6 октября 2011 г.

[14] Лемоник, Майкл (26 августа 2011 г.). «Ученые обнаружили алмаз размером с планету» . Время . Архивировано из оригинала 26 августа 2011 года.

[KaplanBoyles2014-15] Перейти обратно: ^а ^б Каплан, Дэвид Л.; Бойлз, Джейсон; Данлэп, Барт Х.; Тендулкар, Шрихарш П.; Деллер, Адам Т.; Рэнсом, Скотт М.; Маклафлин, Маура А.; Лоример, Дункан Р.; Лестница, Ингрид Х. (2014). «1,05M _☉ компаньон PSR J2222–0137: самый крутой из известных белых карликов?». Астрофизический журнал . 789 (2): 119. arXiv : 1406.0488v1 . Бибкод : 2014ApJ...789..119K . дои : 10.1088/0004-637X/789/2/119 . ISSN 0004-637X . S2CID 19986066 .

[Guo-16] Го, Ю.Дж.; Фрейре, PCC; Гиймо, Л.; Крамер, М.; Чжу, WW; Векс, Н.; Макки, JW; Деллер, А.; Дин, Х.; Каплан, Д.Л.; Стейперс, Б.; Коньяр, И.; Мяо, X.; Хаазе, Л.; Кейт, М.; Рэнсом, С.М.; Теро, Г. (2021). «PSR J2222-0137. I. Улучшенные физические параметры системы». Астрономия и астрофизика . 654 : А16. arXiv : 2107.09474 . Бибкод : 2021A&A...654A..16G . дои : 10.1051/0004-6361/202141450 . S2CID 236134389 .

[NatGeo24June2014-17] Дрейк, Надя (24 июня 2014 г.). «Астрономы обнаружили медленно приготовленный алмаз размером с Землю» . Нэшнл Географик . Архивировано из оригинала 21 марта 2021 года.

[18] Паскуччи, Илария ; Герцег, Грег; Карр, Джон С.; Брюдерер, Саймон (декабрь 2013 г.). «Атомный и молекулярный состав дисков вокруг звезд очень малой массы и коричневых карликов» (PDF) . Астрофизический журнал . 779 (2): 178. arXiv : 1311.1228 . Бибкод : 2013ApJ...779..178P . дои : 10.1088/0004-637X/779/2/178 . hdl : 11858/00-001M-0000-0017-AAEA-0 . S2CID 119001471 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]