5.4K
Поиски жизни за пределами Земли нацелены на обитаемые зоны других звезд, области, в которых потенциально возможно существование жидкой воды. Новое исследование NASA показало, что некоторые из этих зон на самом деле не в состоянии поддерживать жизнь из-за частых звездных извержений молодых красных карликов.
Теперь междисциплинарная группа ученых NASA пытается расширить понятие обитаемой зоны с учетом влияния звездной активности, которая может поставить атмосферу экзопланеты под угрозу потери кислорода. Исследование опубликовано в Astrophysical Journal Letters 6 февраля 2017 года.
«Если мы хотим найти экзопланету, которая может развивать и поддерживать жизнь, мы должны выяснить, какие звезды становятся лучшими родителями», – сказал Владимир Айрапетян, ведущий автор статьи и ученый Центра космических полетов им. Годдарда NASA.
Для определения обитаемой зоны вокруг звезды ученые традиционно рассматривали, сколько тепла и света излучает звезда. Звезды массивнее Солнца производят больше тепла и света, поэтому обитаемая зона должна быть дальше от них. Меньшие, более холодные звезды обладают близкими обитаемыми зонами. Но наряду с высокой температурой и видимым светом звезды излучают рентгеновское и ультрафиолетовое излучение, а также производят звездные извержения, такие как корональные выбросы массы. Одним из возможных последствий этого излучения является атмосферная эрозия, при которой частицы высоких энергий уносят атмосферные молекулы в космос. Новая модель Айрапетяна и его команды теперь принимает во внимание этот эффект.
Поиски обитаемых планет часто практикуют на красных карликах, поскольку они относительно прохладные, самые маленькие и самые многочисленные звезды во Вселенной. С другой стороны, красные карлики также склонны к более частым и мощным звездным извержениям по сравнению с Солнцем. Для оценки обитаемости планет вокруг этих звезд ученые должны понять, каким образом сбалансировать противоположные факторы.
Другим важным фактором зоны обитаемости является возраст звезды. Каждый день молодые звезды производят супервспышки по крайней мере в 10 раз более мощные, чем наблюдаются на Солнце. На их старых, выдержанных коллегах такие всплески встречаются один раз в 100 лет.
«Когда мы смотрим на молодых красных карликов в Галактике, мы видим, что они гораздо менее яркие, чем Солнце сегодня. По классическому определению, обитаемая зона вокруг красных карликов должна быть в 10-20 раз ближе Земли к Солнцу. Теперь мы знаем, что эти красные карлики генерируют много рентгеновских лучей и экстремальных выбросов ультрафиолета путем частых вспышек и звездных штормов», – говорит Владимир Айрапетян.
Супервспышки при высокой энергии рентгеновских лучей и экстремальных выбросах ультрафиолета сначала разбивают молекулы атмосферы на атомы, а затем ионизируют атмосферные газы. Во время ионизации, радиация поражает атомы и сбивает электроны. Электроны гораздо легче вновь образованных ионов, поэтому они гораздо более легко утекают в космос. Противоположности притягиваются, таким образом, создается все больше и больше отрицательно заряженных электронов, они создают мощное разделение зарядов, привлекающее положительно заряженные ионы из атмосферы.
Модель оценивает утечку кислорода на планетах вокруг красных карликов с учетом предположения, что они не компенсируются вулканической активностью или кометной бомбардировкой. Различные ранние модели атмосферной эрозии показывали, что водород наиболее уязвим. Как самый легкий элемент, водород легко уходит в космическое пространство, оставляя атмосферу богатую тяжелыми элементами, такими как кислород и азот. Но новая модель указывает на то, что сильные штормы молодых красных карликов генерируют достаточно излучения высокой энергии, чтобы позволить утечку даже кислорода и азота, строительных блоков для основных жизненных молекул.
Учитывая побег кислорода, молодой красный карлик может сделать крупную экзопланету непригодной в течение нескольких десятков или сотен миллионов лет. Потеря атмосферного водорода и кислорода приведет к исчезновению оборота воды прежде, чем жизнь получит возможность развития.
«Результаты исследования могут иметь серьезные последствия для атмосферной химии этих миров. Выводы команды повлияют на текущие поиски признаков жизни в химическом составе экзопланетных атмосфер», – сказал Шон Домагал-Голдман, ученый Центра космических полетов им. Годдарда, не участвующий в исследовании.
Моделирование скорости потери кислорода является первым шагом по расширению классического определения зоны обитаемости. Когда экзопланета движется по орбите зрелой звезды с мягкой «космической погодой», классического определения достаточно. Но, если уровень рентгеновского и экстремального ультрафиолетового излучения родительской звезды в 7-10 раз превышают средний показатель выбросов от Солнца, то будет применимо новое определение. Будущая работа команды включит моделирование утекания азота, которое может быть сравнимо с поведением кислорода, поскольку азот немного легче.
Новая модель обитаемости имеет последствия для недавно обнаруженной планеты на орбите красного карлика Проксима Центавра, нашего ближайшего космического соседа. Айрапетян и его команда применили свои модели к экзопланете, по размеру схожей с Землей и получившей название Proxima b, которая вращается в 20 раз ближе к звезде, чем Земля к Солнцу.
Учитывая возраст звезды и близость планеты, ученые ожидают, что Proxima b подвергается потокам рентгеновского и ультрафиолетового излучением от супервспышек каждые два часа. В соответствии с моделью, кислород покинул бы атмосферу экзопланеты за 10 миллионов лет. Кроме того, интенсивная магнитная активность и звездный ветер усугубляют и без того суровую космическую погоду. Ученые пришли к выводу: маловероятно, что Proxima b обитаема.
«Мы получили пессимистичные результаты для планет вокруг молодых красных карликов, при этом мы улучшили понимание того, какие звезды имеют хорошие перспективы для обитаемости экзопланет. Чем больше мы узнаем о том, что необходимо от родительской звезды, все больше и больше кажется, что наше Солнце является одной из тех редких прекрасных родительских звезд, которые могут поддерживать жизнь», – заключил Владимир Айрапетян.