Исследование показывает, что белые карлики могут быть пригодны для жизни

На этой иллюстрации показано, как может выглядеть экзопланета TRAPPIST-1 b. TRAPPIST-1 b — самая внутренняя из семи известных планет в системе TRAPPIST-1. TRAPPIST-1 — ультрахолодный красный карлик. Автор: NASA, ESA, CSA and Joseph Olmsted (STScI).

Колдон Уайт из Florida Tech уже два года занимается длительным исследованием Вселенной, чтобы получить докторскую степень по космическим наукам. Получив степень бакалавра по астробиологии в 2023 году, он увлечен белыми карликами — остывающими остатками звезд малой массы (например, нашего Солнца), которые исчерпали свой источник ядерного топлива, — и вероятностью выживания жизни на их орбитах.

В течение многих лет исследователи считали, что динамическое снижение температуры белых карликов делает их атмосферы слишком нестабильными для жизни. Однако, поскольку космический телескоп Джеймса Уэбба начинает документировать белые карлики с экзопланетами на своих орбитах, звезды поздней стадии привлекают исследователей, ищущих жизнь.

При помощи консультантов Манасви Лингама и Луиса Генри Кироги-Нуньеса Уайт разработал модель, оценивающую, получат ли два процесса — фотосинтез и абиогенез под воздействием ультрафиолета (УФ) — достаточно энергии для осуществления в обитаемой зоне белого карлика.

Его модель обнаружила, что белые карлики могут подпитывать оба процесса одновременно. Открытие этого потенциального земного сходства может изменить траекторию поиска жизни во Вселенной.

Результаты Уайта нашли свое выражение в его статье «Потенциал существования и обнаружения жизни на планетах земного типа, вращающихся вокруг белых карликов», опубликованной в Astrophysical Journal Letters. Соавторами являются Лингам и Кирога-Нуньес, а также Паола Пинилья из Лаборатории космических наук Малларда в Университетском колледже Лондона.

Ученые ранее установили границы этих обитаемых зон, которые представляют собой области вокруг звезды, где вращающаяся вокруг нее планета может получать достаточно энергии для потенциального поддержания жидкой воды на своей поверхности — необходимого условия для жизни.

Мы знаем, что фотосинтез существует на Земле, и ученые обнаружили, что абиогенез под воздействием ультрафиолетового излучения (концепция, согласно которой ультрафиолетовое излучение может способствовать возникновению жизни из неживой материи) является вероятной теорией происхождения жизни на Земле.

«Зоны Златовласки», как их описывает НАСА, создают условия, в которых не слишком жарко и не слишком холодно для жизни — они, как говорится в сказке, «в самый раз».

Белые карлики уникальны, поскольку их температура непостоянна, объяснил Уайт. Поскольку у звезд поздней стадии больше нет источника топлива, они проводят остаток своей жизни, остывая. Их выход энергии непостоянен, а их обитаемые зоны постоянно сужаются.

Уайт хотел проверить жизнеспособность, исследуя, может ли энергия звезды поддерживать фотосинтез или абиогенез под воздействием ультрафиолета на протяжении примерно 7 миллиардов лет, что, по оценкам ученых, является максимальным сроком жизни обитаемой планеты земного типа в этой зоне.

Для этого он разработал модель, имитирующую планету земного типа, вращающуюся вокруг белого карлика. Он смоделировал вращающуюся планету земного типа по мере того, как деградировала обитаемая зона, отметив, сколько энергии она получала от остывающей звезды с течением времени.

Уайт обнаружил, что на протяжении этого обитаемого периода продолжительностью 7 миллиардов лет смоделированная планета получала достаточно энергии для поддержания обоих процессов — редкое совпадение, подобное тому, что происходит на Земле, сказал он.

Результаты исследований Уайта могут помочь ученым принимать реальные решения о будущих исследованиях космоса. Например, приступая к поиску звездных систем, которые могли бы поддерживать фотосинтез, астрономы теперь могут знать, что белые карлики создают потенциально жизнеспособную среду для некоторых планет, благодаря исследованиям Уайта.

«Мы даем им уверенность в том, что эти звездные системы стоят того, чтобы вкладывать в них время и деньги», — сказал он.

Эта статья — лишь первая фаза докторского исследования Уайта, и она служит прочной основой для того, что будет дальше. Далее он планирует наблюдать существующие белые карлики через космический телескоп Джеймса Уэбба; он уже ищет их около нашего Солнца.

Если Уайту удастся найти белый карлик, который соответствует модели из его статьи, он будет искать планету на его орбите. Он будет использовать данные наблюдений, которые он соберет в ходе этого процесса, чтобы скорректировать свою модель и определить перспективные звездные системы.

Хотя он не уверен, что сможет обнаружить планету, он готов внести свой вклад в поиск жизни.

«Даже если мы не обнаружим ничего позитивного, просто сбор надежных результатов (имеет значение), будь то возможность сказать: «Возможно, это не лучшие цели для изучения», или найти какой-то намек или подсказку», — сказал Уайт. «Любые результаты получат смысл».

Больше информации: Caldon T. Whyte et al, Potential for Life to Exist and be Detected on Earth-like Planets Orbiting White Dwarfs, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad9821

Источник: Florida Institute of Technology