Medžiodami potencialiai tinkamus gyventi egzoplanetos Vienas iš svarbiausių dalykų, kurių astronomai ieško, yra tai, ar egzoplanetos kandidatės skrieja aplink savo žvaigždę, ar ne. gyvenamoji zona . Tai būtina, kad planetos paviršiuje egzistuotų skystas vanduo, o tai savo ruožtu yra būtina mūsų žinomos gyvybės sąlyga. Tačiau atrasdami naujas egzoplanetas, mokslininkai sužinojo apie ekstremalų atvejį, žinomą kaip ' vandens pasauliai “.
Vandens pasauliai iš esmės yra planetos, kurių vandens masė sudaro iki 50 %, todėl paviršiniai vandenynai gali būti šimtų kilometrų gylyje. Pasak a naujas tyrimas Prinstono, Mičigano universiteto ir Harvardo astrofizikų komandos teigimu, vandens pasauliai gali ilgai neišsilaikyti ant vandens. Šie atradimai gali būti labai svarbūs, kai kalbama apie mūsų kosmoso kakle esančių planetų, tinkamų gyventi, medžioklę.
Šis naujausias tyrimas, pavadintas „ Vandens pasaulių dehidratacija dėl atmosferos nuostolių “, neseniai pasirodė „The Astrophysical Journal Letters“. Chuanfei Dong iš Prinstono universiteto Astrofizikos mokslų katedros vadovaujama komanda atliko kompiuterinius modeliavimus, kurių metu buvo atsižvelgta į tai, kokioms sąlygoms bus taikomi vandens pasauliai.
Menininko įspūdis apie planetą, skriejančią aplink raudonąją nykštukinę žvaigždę. Kreditas: ESO/M. Kornmesser
Šį tyrimą daugiausia paskatino daugybė egzoplanetų, pastaraisiais metais atrastų aplink mažos masės M tipo (raudonosios nykštukės) žvaigždžių sistemas. Nustatyta, kad šios planetos savo dydžiu yra panašios į Žemę, o tai rodo, kad jos greičiausiai buvo antžeminės (t. y. uolinės). Be to, daugelis šių planetų – pvz Kitas b ir trys planetos viduje TRAPPISTAS-1 sistema – buvo nustatyta, kad jie skrieja žvaigždžių gyvenamosiose zonose.
Tačiau vėlesni tyrimai parodė, kad Kitas b ir kita uolėtų planetų aplink skriejančios raudonosios nykštukinės žvaigždės iš tikrųjų galėtų būti vandens pasauliai. Tai buvo pagrįsta masės įverčiais, gautais atliekant astronominius tyrimus, ir įmontuotomis prielaidomis, kad tokios planetos yra uolinės ir neturėjo didžiulės atmosferos. Tuo pačiu metu buvo atlikta daugybė tyrimų, kurie verčia abejoti, ar šios planetos sugebės išlaikyti savo vandenį.
Iš esmės viskas priklauso nuo žvaigždės tipo ir planetų orbitos parametrų. Nors ilgaamžės raudonosios nykštukinės žvaigždės yra žinomos kaip kintančios ir nestabilios, palyginti su mūsų saule, todėl periodiniai paūmėjimai kuris laikui bėgant išardytų planetos atmosferą. Be to, planetos, skriejančios raudonosios nykštukės gyvenamojoje zonoje, greičiausiai būtų užblokuotos, o tai reiškia, kad viena planetos pusė būtų nuolat veikiama žvaigždės spinduliuotės.
Dėl šios priežasties mokslininkai siekia nustatyti, kaip gerai skirtingų tipų žvaigždžių sistemų egzoplanetos galėtų išlaikyti savo atmosferą. Kaip dr. Dongas sakė „Universe Today“ el. paštu:
„Teigiama, kad atmosferos buvimas suvokiamas kaip vienas iš planetos tinkamumo gyventi reikalavimų. Tai pasakius, tinkamumo gyventi sąvoka yra sudėtinga ir apima daugybę veiksnių. Taigi vien atmosferos nepakaks, kad būtų galima gyventi, tačiau ji gali būti laikoma svarbia sudedamąja planeta, kad ji būtų tinkama gyventi.
Iliustracija, kurioje parodytas galimas TRAPPIST-1f, vienos iš naujai atrastų TRAPPIST-1 sistemos planetų, paviršius. Autoriai: NASA/JPL-Caltech
Siekdama patikrinti, ar vandens pasaulis sugebės išlaikyti savo atmosferą, komanda atliko kompiuterinį modeliavimą, kuriame buvo atsižvelgta į įvairius galimus scenarijus. Tai apėmė žvaigždžių magnetinių laukų, vainikinės masės išmetimo ir atmosferos jonizacijos bei išstūmimo poveikį įvairių tipų žvaigždėms, įskaitant G tipo žvaigždes (kaip mūsų Saulė) ir M tipo žvaigždes (pvz., Proxima Centauri ir TRAPPIST-1).
Atsižvelgdamas į šiuos efektus, daktaras Dongas ir jo kolegos sukūrė išsamų modelį, kuris imitavo egzoplanetos atmosferos trukmę. Kaip jis paaiškino:
„Sukūrėme naują kelių skysčių magnetohidrodinaminį modelį. Modelis imitavo ir jonosferą, ir magnetosferą kaip visumą. Dėl dipolio magnetinio lauko žvaigždžių vėjas negali tiesiogiai nušluoti atmosferos (kaip Marsas, nes nėra visuotinio dipolio magnetinio lauko), o atmosferos jonų praradimą sukėlė poliarinis vėjas.
„Elektronai yra mažiau masyvūs nei jų pirminiai jonai, todėl jie lengviau įsibėgėja iki ir už planetos pabėgimo greičio. Šis krūvių atskyrimas tarp išeinančių mažos masės elektronų ir žymiai sunkesnių, teigiamai įkrautų jonų sukuria poliarizacijos elektrinį lauką. Šis elektrinis laukas, savo ruožtu, ištraukia teigiamai įkrautus jonus už išeinančių elektronų, iš atmosferos poliariniuose gaubteliuose.
Menininko įspūdis apie vaizdą iš tolimiausios egzoplanetos, aptiktos aplink raudonąją nykštukinę žvaigždę TRAPPIST-1. Kreditas: ESO/M. Kornmesser.
Jie nustatė, kad jų kompiuterinis modeliavimas atitiko dabartinę Žemės ir Saulės sistemą. Tačiau kai kuriose ekstremaliose galimybėse – pavyzdžiui, egzoplanetose aplink M tipo žvaigždes – padėtis labai skiriasi ir pabėgimo rodikliai gali būti tūkstantį kartų ar daugiau. Rezultatas reiškia, kad net vandens pasaulis, sukdamasis aplink raudonąją nykštukę, atmosferą gali prarasti maždaug po gigametų (Gyr), vieno milijardo metų.
Atsižvelgiant į tai, kad gyvybė, kaip mes žinome, išsivystė maždaug 4,5 milijardo metų, vienas milijardas metų yra gana trumpas laikotarpis. Tiesą sakant, kaip paaiškino daktaras Dongas, šie rezultatai rodo, kad planetose, kurios skrieja aplink M tipo žvaigždes, būtų sunku sukurti gyvybę:
„Mūsų rezultatai rodo, kad vandenyno planetos (skriejančios aplink Saulę panašią žvaigždę) išlaikys savo atmosferą daug ilgiau nei Gyr laiko skalė, nes jonų pabėgimo greitis yra per mažas, todėl gyvybei šiose planetose gali atsirasti ilgiau. ir vystosi sudėtingumo požiūriu. Priešingai, egzoplanetų, skriejančių aplink M nykštukus, jų vandenynai per Gyr laikotarpį gali išeikvoti dėl intensyvesnės dalelių ir spinduliuotės aplinkos, kurią egzoplanetos patiria artimose gyvenamosiose zonose. Jei atmosfera per tą laiką išeikvotų mažiau nei Gyr, tai gali būti problematiška gyvybės atsiradimui (abiogenezei) planetoje.
Šie rezultatai dar kartą kelia abejonių dėl galimo raudonųjų nykštukių žvaigždžių sistemų tinkamumo gyventi. Anksčiau mokslininkai nurodė, kad raudonųjų nykštukų žvaigždžių ilgaamžiškumas , kurios pagrindinėje sekoje gali išlikti iki 10 trilijonų metų ar ilgiau, todėl jos yra geriausias kandidatas gyventi tinkamų egzoplanetų paieškai. Tačiau šių žvaigždžių stabilumas ir būdas, kuriuo jos gali atimti iš planetų atmosferą, rodo ką kita.
Menininko vaizduojamas planetas, einantis per raudonąją nykštukinę žvaigždę sistemoje TRAPPIST-1. Autoriai: NASA/ESA/STScl
Todėl tokie tyrimai kaip šis yra labai reikšmingi, nes padeda išsiaiškinti, kiek ilgai potencialiai tinkama gyventi planeta aplink raudonąją nykštukinę žvaigždę galėtų išlikti potencialiai tinkama gyventi. Kaip nurodė daktaras Dongas:
„Atsižvelgiant į atmosferos praradimo svarbą planetų tinkamumui gyventi, buvo labai įdomu naudoti teleskopus, tokius kaip James Webb kosminis teleskopas (JWST), siekiant nustatyti, ar šios planetos turi atmosferą ir, jei taip, kokia jų sudėtis. . Tikimasi, kad JWST turėtų sugebėti apibūdinti šias atmosferas (jei yra), tačiau norint tiksliai įvertinti pabėgimo greitį reikia daug didesnio tikslumo ir artimiausiu metu tai gali būti neįmanoma.
Tyrimas taip pat svarbus mūsų supratimui apie Saulės sistemą ir jos evoliuciją. Vienu metu mokslininkai išdrįso, kad tiek Žemė, tiek Venera galėjo būti vandens pasauliai. Kaip jie padarė perėjimą iš labai vandeningo į tai, kas yra šiandien – Veneros atveju sausa ir pragariška; o Žemės atveju turėti kelis žemynus – tai labai svarbus klausimas.
Ateityje tikimasi atlikti išsamesnius tyrimus, kurie galėtų padėti išsiaiškinti šias konkuruojančias teorijas. Kai James Webb kosminis teleskopas (JWST) bus dislokuotas 2018 m. pavasarį, jis naudos savo galingas infraraudonųjų spindulių galimybes, kad galėtų tirti planetas aplink netoliese esančias raudonąsias nykštukas, o Proxima b yra viena iš jų. Tai, ką sužinosime apie šią ir kitas tolimas egzoplanetas, labai padės suprasti, kaip vystėsi mūsų Saulės sistema.
Papildoma literatūra: CfA , Astrofizikos žurnalo laiškai