Новый способ расширить зону поиска обитаемых экзопланет
Астроном из Мичиганского университета и его команда предлагают новый способ расширения поиска пригодных для жизни планет, который учитывает зону, ранее не рассматривавшуюся: пространство между звездой и так называемой линией сажи в дисках, образующих планеты. Миры, формирующиеся в этом регионе — диск пыли, вращающийся вокруг центральной звезды, из которой могут быть построены планеты, — могут иметь поверхности, богатые летучими соединениями углерода, совершенно отличные от земных. Эти планеты также будут богаты органическим углеродом, но бедны водой, по словам Теда Бергина, который руководил исследованием, в котором участвовали геохимики, планетологи, астрохимики и эксперты по экзопланетам. Когда мы ищем похожие на Землю планеты, нас особенно интересуют не только тела, похожие на наши, но и те, которые образованы процессами, подобными нашим. Текущие модели каменистых экзопланет построены с использованием атмосферных условий, подобных земным, и объемного состава, включая молекулы, необходимые для жизни, которые образуются из строительных блоков на основе углерода и воды.
Эти модели также сосредоточены на зонах внутри дисков, образующих планеты, называемых ледяными линиями, областях, достаточно удаленных от центральной звезды диска, которые отмечают, где вода или другие ключевые молекулы переходят из газообразной фазы в твердую. Земные миры, как и наша планета, образовались из твердых тел. Долгое время считалось, что Земля, которая содержит всего около 0,1% воды по массе, должна была образоваться внутри линии вода-лед. Но такая модель может быть слишком ограниченной, сказал Бергин. Чтобы расширить поиск обитаемых планет, Бергин и его исследовательская группа предлагают новую модель, которая рассматривает линию сажи, границу ближе к звезде Солнечной системы. Между этой границей и звездой органические соединения в твердых телах возгоняются из твердого тела в газ. Учитывая, что этот регион также будет включать каменистые планеты, которые могут иметь больше углерода, чем Земля, возникают вопросы о том, что это означает для обитаемости на таких планетах.
Выводы междисциплинарной исследовательской группы опубликованы в The Astrophysical Journal Letters. «Это добавляет новое измерение в наши поиски пригодности для жизни. Это может быть отрицательное или положительное измерение», — сказал Бергин. «Это захватывающе, потому что открывает всевозможные бесконечные возможности». По словам Бергина, так же, как Земля бедна водой, она также бедна углеродом. При формировании он, вероятно, получил только 1 атом углерода на 100, имеющихся в планетообразующих материалах. Астрономы считают, что линия сажи объясняет, почему на Земле так мало углерода. Если бы строительные блоки Земли образовались внутри линии сажи, температура и солнечная радиация взорвали материалы, которые сформировали бы молодую планету, превратив богатые углеродом соединения в газ и ограничив количество углерода в твердых телах, поставляемых формирующейся Земле. Модель команды предполагает формирование других планет, рожденных между линией сажи и линиями водяного льда.
По словам Бергина, такого мира в нашей солнечной системе не существует, но наша солнечная система не является репрезентативной для большинства известных планетных систем вокруг других звезд. Эти другие планетарные системы выглядят совершенно иначе. По его словам, их планеты ближе к Солнцу и намного крупнее, от так называемых суперземель до мини-нептунов. «Это либо большие скалы, либо маленькие газовые гиганты — это наиболее распространенный тип планетных систем. Так что, возможно, во всех других солнечных системах в галактике Млечный Путь существует популяция тел, которых мы не знали до этого. в их интерьерах гораздо больше углерода. Каковы последствия этого?» — сказал Бергин. «Что это означает для обитаемости, необходимо изучить». В своем исследовании команда моделирует, что происходит, когда в области линии сажи образуется богатый силикатами мир с 0,1% и 1% углерода по массе и переменным содержанием воды. Они обнаружили, что на такой планете образуется богатая метаном атмосфера в результате процесса, называемого дегазацией. В этом случае органические соединения на планете, богатой силикатами, создают атмосферу, богатую метаном.
Присутствие метана обеспечивает благоприятную среду для образования дымки за счет взаимодействия со звездными фотонами. Это аналогично образованию дымки из метана на Титане в нашей Солнечной системе. «Планеты, рожденные в этом регионе, который существует в каждой дисковой системе формирования планет, будут выделять больше летучего углерода из своих мантий», — сказал Бергин. «Это может легко привести к естественному образованию дымки. Такие дымки наблюдались в атмосферах экзопланет и могут изменить исчисление того, что мы считаем обитаемыми мирами». Дымка вокруг планеты может быть признаком того, что в мантии планеты есть летучий углерод. По словам Бергина, большее количество углерода, основы жизни, в мантии планеты означает, что у планеты есть шанс считаться пригодной для жизни или, по крайней мере, она заслуживает второго взгляда. «Если это правда, то может существовать общий класс туманных планет с обильным летучим углеродом, и необходимо изучить, что это означает для обитаемости», — сказал он. «Но есть и другой аспект: что, если у вас есть мир размером с Землю, где у вас больше углерода, чем у Земли? Что это значит для обитаемости, для жизни? Мы не знаем, и это захватывающе».
