Обитаемость экзопланеты красного карлика является горячей темой в космической науке. Эти маленькие тусклые звезды содержат множество экзопланет, в том числе небольших скалистых размером с Землю. Но маленькие звезды испускают чрезвычайно мощные вспышки, которые могут повредить и уничтожить атмосферу. Если мы когда-нибудь собираемся понять обитаемость красных карликов, нам необходимо понять атмосферу экзопланет, вращающихся вокруг них. В новом исследовании астрономы изучали атмосферу часто упоминаемой экзопланеты GJ 367b и ничего не нашли. Планета, вероятно, давно потеряла все летучие вещества, которые у нее были, и в этом виноват красный карлик, вокруг которого она вращается.
Глизе 367 — красный карлик (М-карлик) на расстоянии около 30 световых лет от нас, вокруг него вращаются три известные экзопланеты. Астрономы обнаружили GJ 367b и его братьев и сестер с помощью спутника НАСА TESS (транзитный спутник для исследования экзопланет) в 2021 году. GJ 367b — это планета со сверхкоротким периодом, которой требуется всего 7,7 часов, чтобы совершить один оборот по орбите и, вероятно, она приливно привязана к своей звезде. Она настолько близка к красному карлику, что получает от Солнца в сотни раз больше радиации, чем Земля. Все это излучение, обрушивающееся на его поверхность, означает, что дневная температура составляет около 1500°C (1770 К; 2730°F).
GJ 367b — это подземное пространство с радиусом около 72% земного. Но она чрезвычайно плотная, почти в два раза плотнее Земли. Ученые полагают, что это в основном железо, а его внешние силикатные слои были удалены. Иногда ее называют Железной планетой. Вокруг красных карликов легче обнаружить экзопланеты, чем у других звезд, потому что они намного тусклее и меньше. Это помогает находить планеты как методом транзита, так и методом лучевых скоростей. Поэтому имеет смысл изучать их как потому, что их так много, так и потому, что мы можем их так много увидеть. В новой, еще не опубликованной статье исследователи исследовали GJ 367b с помощью прибора среднего инфракрасного диапазона космического телескопа Джеймса Уэбба (MIRI). В статье говорится: «GJ 367b — это темное, горячее, безвоздушное подземное пространство». Сейчас он находится в предварительной печати и размещен на сервере arXiv, а автор — Майкл Чжан, научный сотрудник кафедры астрономии и астрофизики Чикагского университета.
Заголовок статьи не раскрывает выводов, но детали интересны. GJ 367b никогда не станет пригодной для жизни, потому что она находится слишком близко к своей звезде. Но астрономов очень интересуют экзопланеты, вращающиеся вокруг красных карликов (М-карликов). Во-первых, красных карликов много; половина звезд Млечного Пути, вероятно, являются красными карликами, а может быть, и больше. Итак, большая часть экзопланет в нашей галактике, вероятно, вращается вокруг красных карликов, и охотники за планетами обнаружили множество экзопланет вокруг красных карликов. «Вопрос о том, могут ли маленькие скалистые планеты, вращающиеся вокруг М-карликов, содержать атмосферу, имеет первостепенное значение для обитаемости», — пишут авторы. Планеты-красные карлики легче изучать, чем звезды, подобные Солнцу, потому что красные карлики тусклее и меньше по размеру. Более крупные и яркие звезды, такие как наше Солнце, могут заглушить атмосферу экзопланеты. Но когда дело доходит до потенциальной обитаемости экзопланет красных карликов, в комнату вкрался слон: вспышка.
«Однако уже давно предполагалось, что высокоэнергетическое излучение, вспышки и длительная пред-главная последовательность М-карликов разрушают планетарные атмосферы; степень, в которой это происходит, является предметом активных исследований», — объясняют исследователи. Причина, по которой эта область исследований настолько активна, заключается в том, что фундаментальные механизмы создания атмосферы плохо изучены. Существует два механизма: летучая доставка во время формирования планеты и летучая высвобождение, когда молодая планета-океан магмы остывает и затвердевает. Есть также два механизма, которые могут разрушить атмосферу, и они также нуждаются в дополнительных исследованиях: фотоиспарение и звездная ветровая эрозия. Нам еще предстоит многому научиться, и именно это исследование и приближает к концу. «Наблюдая за карликовыми планетами M и определяя, какие из них содержат атмосферу, если таковые имеются, мы можем создать образец эмпирических ориентиров, которые можно использовать для калибровки моделей потери атмосферной массы», — четко и отчетливо заявляют авторы.
Исследователи изучили спектр дневного излучения GJ 367b, чтобы выяснить, из чего состоит поверхность и какой тип атмосферы присутствует, если таковая имеется, даже если это всего лишь тонкая и разреженная атмосфера. Они пришли к выводу, что у планеты нулевое альбедо, нет рециркуляции тепла и нет атмосферы. «GJ 367b — это первое подземное пространство, где проводятся наблюдения за тепловыми поверхностями», — пишут Чжан и его соавторы. «Эти наблюдения показывают планету без видимой атмосферы, без перераспределения тепла и темную поверхность в полосе пропускания MIRI (AB = 0,1) со спектром излучения черного тела». «Отсутствие перераспределения тепла исключает атмосферу >1 бар для широкого диапазона составов, в то время как спектр излучения исключает даже более тонкие атмосферы для некоторых составов», - объясняют авторы. Для сравнения, атмосфера Земли имеет давление около 1 бар на уровне моря.
Отсутствие атмосферы у GJ 367b не является сюрпризом. Это потому, что оно находится над так называемой «космической береговой линией». Космическая береговая линия — это метафора статистической тенденции, которая связывает все планеты вместе. Это разделительная линия, которая появляется, когда мы сравниваем свет, который планета получает от своей звезды, и то, насколько легко атмосфера планеты может уйти в космос. «Учитывая, что планета находится намного выше «космической береговой линии», отсутствие атмосферы неудивительно, хотя это и не самая лучшая новость для перспективы измерения атмосфер М-карликовых скалистых планет», — объясняют авторы. GJ 367b никогда не станет пригодным для проживания. Оно слишком близко к своей звезде. Но это по-прежнему важные данные, которые помогут ученым лучше понять атмосферу экзопланет в целом. И нам нужно больше подобных данных, если мы хотим понять обитаемость красных карликов.
«Мы поощряем наблюдения JWST за планетами, расположенными ближе или ниже космической береговой линии, чтобы понять, какие из скалистых планет, вращающихся вокруг М-карликов, имеют атмосферу», - заключают авторы. Так каковы же перспективы обитаемости М-карликов? Появляется все больше свидетельств того, что красные карлики не являются хорошими партнерами, когда дело касается обитаемости экзопланет. Поскольку они такие тусклые, их обитаемая зона намного ближе. Это означает, что экзопланеты в обитаемой зоне красного карлика подвергаются интенсивным вспышкам, которые могут разрушить атмосферу и окунуть их поверхности в интенсивное излучение.
