Молодой субнептун — это скороварка, в которой водород и камень варятся в одном котле. Шесть масс Земли, три процента водорода по массе, температура в недрах выше 4000 К. При таком жаре силикатный расплав и водород не просто соседствуют: они полностью смешиваются, образуя единую сверхкритическую жидкость. Никакой границы между ядром и оболочкой нет. Есть только бинодаль — невидимая поверхность на фазовой диаграмме, где смесь решает, оставаться ли ей однородной или разделиться на газ и камень.

Раньше считалось, что субнептун устроен как слоёный пирог: плотное силикатное ядро, сверху водородно-гелиевая оболочка, а на границе газы лишь слегка растворяются в магме по закону Генри. Но расчёты из первых принципов показали, что при температурах выше примерно 4000 К растворимость перестаёт быть «слегка». Водород и расплавленный силикат смешиваются в любых пропорциях. Авторы новой работы построили модель, в которой планета сама решает, где проходит граница, — по бинодали фазовой диаграммы H2–MgSiO3. Пока планета горячая, бинодаль лежит глубоко, и почти весь водород спрятан в недрах. По мере остывания бинодаль поднимается, и водород постепенно выделяется из силикатной части, как пар из остывающей каши.

Эта простая картина меняет всё. В стандартной модели планета теряет энергию в основном за счёт остывания водородной оболочки. Здесь же главный источник — гравитационное сжатие силикатной части. Водород, смешанный с камнем, делает недра менее плотными, и силикатный материал оказывается выше в гравитационном потенциале. Когда планета остывает и водород уходит из недр, силикатное ядро сжимается, выделяя тепло. Поэтому смешиваемая планета остывает медленнее. В возрасте 10–100 миллионов лет её радиус на десятки процентов меньше, чем у несмешиваемой модели с теми же параметрами. Через 5 миллиардов лет радиусы почти совпадают, но внутри всё устроено иначе: у смешиваемой модели водород распределён по всей планете, а не собран в оболочке.

Эта работа вводит бинодаль как физически обоснованную границу между недрами и оболочкой субнептуна вместо произвольной поверхности магматического океана. Это меняет интерпретацию наблюдаемых радиусов: масса водорода в планете может быть верной, а масса оболочки — завышенной в несколько раз, потому что часть водорода спрятана в недрах. Экстраполяция закона Генри на высокие температуры упускает фазовый переход и ведёт к ошибкам в оценке состава недр. Модель можно применять для интерпретации радиусов молодых субнептунов и уточнения оценок массы их оболочек.

Следующий шаг — включить в модель железо, гелий и воду, для которых нужны новые расчёты фазовых равновесий. Важно также связать смешиваемость с процессами аккреции газа и потери атмосферы: если водород уходит в недра, то «кипение» оболочки после рассеяния диска может идти иначе. Наблюдательные тесты могут появиться при сравнении радиусов молодых субнептунов в скоплениях с предсказаниями моделей со смешиваемостью и без неё.