Каменистые экзопланеты могут быть пригодны для жизни

Эта концепция художника 2018 года показывает, как может выглядеть планетная система TRAPPIST-1, на основе имеющихся данных о диаметрах планет, массах и расстояниях от родительской звезды (крайняя слева). Новые исследования показывают, что в то время как TRAPPIST-1b, вторая слева, не имеет атмосферы, TRAPPIST-1e, третья справа, может иметь долгосрочную стабильную атмосферу. Автор: NASA/JPL-Caltech

С момента запуска в конце 2021 года космический телескоп НАСА «Джеймс Уэбб» повысил вероятность того, что мы сможем обнаружить признаки жизни на экзопланетах, или планетах за пределами нашей Солнечной системы.

Главными кандидатами в этом поиске являются каменистые, а не газообразные планеты, вращающиеся вокруг звезд с малой массой, называемых М-карликами — несомненно, самые распространенные звезды во Вселенной. Один из ближайших М-карликов — это TRAPPIST-1, звезда примерно в 40 световых годах от нас, которая содержит систему планет, вращающихся вокруг других звезд, находящихся под пристальным вниманием в поисках жизни на планетах, вращающихся вокруг звезд, отличных от Солнца.

Предыдущие исследования ставили под сомнение обитаемость планет, вращающихся вокруг TRAPPIST-1, обнаружив, что интенсивное ультрафиолетовое излучение выжжет воду на их поверхности. Это приведет к высыханию поверхности планеты и, если только водородная часть молекул водяного пара вырвется, потенциально с огромным количеством реактивного кислорода, который будет препятствовать химии зарождения жизни.

«Один из самых интригующих вопросов в астрономии экзопланет на данный момент: могут ли каменистые планеты, вращающиеся вокруг звезд-карликов спектрального класса М, поддерживать атмосферу, пригодную для жизни?» — сказал ведущий автор Джошуа Криссансен-Тоттон, доцент кафедры наук о Земле и космосе Вашингтонского университета.

«Наши результаты дают основания ожидать, что некоторые из этих планет имеют атмосферу, что значительно повышает шансы на то, что эти общие планетные системы могут поддерживать жизнь».

Космический телескоп Джеймса Уэбба достаточно чувствителен, чтобы наблюдать за некоторыми из этих планетных систем. Полученные данные говорят о том, что самые горячие каменистые планеты, ближайшие к звезде TRAPPIST-1, не имеют значительной атмосферы. Но телескоп пока не смог четко охарактеризовать планеты в «зоне Златовласки», немного дальше от своей звезды, на расстоянии, наиболее благоприятном для поддержания жидкой воды и жизни.

Схематический обзор связанной модели эволюции окислительно-восстановительных процессов, атмосферы и внутренних пространств, PACMAN-P. Автор: Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-52642-6

Новое исследование смоделировало скалистую планету в ходе ее расплавленного формирования и охлаждения в течение сотен миллионов лет в твердую планету земного типа. Результаты показали, что водород или другие легкие газы изначально выходили в открытый космос.

Но для планет, которые находятся дальше от звезды, где температура более умеренная, водород также реагировал с кислородом и железом в недрах планеты. Это производило воду и другие, более тяжелые газы, формируя атмосферу, которая, как показывают результаты, стабильна с течением времени.

Результаты также показали, что на этих планетах «зоны Златовласки» вода довольно быстро выпадает из атмосферы, что снижает вероятность ее утечки.

«JWST проще наблюдать за более горячими планетами, расположенными ближе всего к звезде, поскольку они испускают больше теплового излучения, на которое не так сильно влияют помехи от звезды. Для этих планет у нас есть довольно однозначный ответ: у них нет толстой атмосферы», — сказал Криссансен-Тоттон.

«Для меня этот результат интересен, поскольку он предполагает, что планеты с более умеренным климатом могут иметь атмосферу и должны быть тщательно изучены с помощью телескопов, особенно учитывая их потенциальную обитаемость».

JWST пока не удалось выяснить, есть ли у планет, находящихся немного дальше от звезды TRAPPIST-1, атмосфера. Но если она есть, это означает, что на их поверхности может быть жидкая вода и умеренный климат, благоприятный для жизни.

«С имеющимися у нас телескопами, Джеймсом Уэббом и очень большими наземными телескопами, которые появятся в ближайшее время, мы сможем рассмотреть только очень небольшое количество каменистых планет в обитаемой зоне — это планеты TRAPPIST-1 и несколько других», — сказал Криссансен-Тоттон.

«Учитывая огромный интерес к поиску жизни в других местах, наш результат показывает, что имеет смысл инвестировать время телескопа в продолжение изучения обитаемости этих систем с использованием имеющихся у нас технологий, а не ждать следующего поколения более мощных телескопов».

Соавторами являются Николас Воган, который выполнил эту работу, будучи аспирантом Вашингтонского университета, а сейчас работает в НАСА; Мэгги Томпсон из Института науки Карнеги в Вашингтоне, округ Колумбия; и Джонатан Фортни из Калифорнийского университета в Санта-Крузе.

Больше информации: Joshua Krissansen-Totton et al, The erosion of large primary atmospheres typically leaves behind substantial secondary atmospheres on temperate rocky planets, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-52642-6

Источник: University of Washington