Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики — The Universe Times | 11.12.2017

Scroll to top

Top

Нет комментариев

Экзопланеты вокруг красных карликов могут испытывать унос кислорода в "области обитания"

shortstoryf

Поиск жизни за пределами Земли начинается у чужих звёзд в пределах их пригодной для существования зоне — то есть области вокруг светила, в которой условия космической среды позволяют воде существовать на планете в жидком виде. Новое исследование НАСА предполагает, что некоторые из этих зон жизни не могут фактически быть в состоянии поддерживать существование жизни из-за частых звёздных вспышек, чаще всего красных карликов, которые извергают в космическое пространство огромные количества вещества звезды. Теперь, междисциплинарная комиссия НАСА хочет расширить определение того, что понимать под областью вокруг звезды, пригодной для жизни, приняв во внимание звёздную активность, которая может угрожать атмосфере экзопланеты и приводить к потере кислорода.

«Если мы хотим найти экзопланету, которая действительно можно обладать жизнью и поддерживать её существование, мы должны выяснить, какие звёзды будут лучшими «родителями» для этого. Таким образом мы приходим к пониманию того, в каких именно звёздах мы будем нуждаться», — Владимир Айрапетян, ведущий автор исследований и специалист по исследованию Солнца в Центре космических полётов НАСА.

Чтобы определить пригодную для существования жизни зону вокруг звезды, учёные традиционно рассматривают то, сколько тепла и света испускает сама звезда. Звёзды, более крупные, чем наше Солнце, производят больше тепла и света, таким образом, пригодна для жизни зона должна отстоять дальше. Меньшие, более холодные объекты обладают более близкими областями жизни. Но, вместе с теплом и видимым светом, звёзды испускают рентгеновское и ультрафиолетовое излучение, а ещё у них происходят вспышки и корональные выбросы массы. Все вместе эти процессы названы космической погодой. Одним из возможных эффектов такой погоды является атмосферная эрозия, при которой высокоэнергетические частицы сталкиваются с молекулами атмосферы, такими как водород и кислород (именно они являются главными компонентами жизни), и уносят их в космическое пространство. Новая модель, которую разработал Айрапетян, как раз принимает во внимание этот эффект.

Поиск пригодных для существования жизни планет часто опирается на изучение красных карликов, поскольку они самые холодные, самые маленькие и самые многочисленные звёзд во Вселенной. И поэтому легче поддаются изучению и поиску маленьких экзопланет.

«С другой стороны, красные карлики также подвержены более частым вспышкам, которые даже мощнее, чем выбросы у нашего Солнца. Чтобы оценить обитаемость планет вокруг этих звёзд, мы должны понять, как эти различные эффекты сбалансированы друг с другом», — Уильям Дэнчи, астроном и соавтор работы.

Экзопланета экзовулкан

Иллюстрация экзовулкана на одной из планет, вращающейся вокруг красного карлика. Источник: NASA

Другой важный фактор обитаемости — возраст звезды. Это узнали учёные на основе наблюдений, которые они проводили в рамках миссии телескопа «Кеплер. Каждый день молодые звёзды производят супервспышки, мощные вспышки и выбросы как минимум в десять раз более мощные, чем тем, которые мы наблюдаем у Солнца. В своей зрелости, когда они станут более походить на нашу звезду, такие явления будут происходить значительно реже — примерно раз в сто лет.

«Когда мы смотрим на молодой красный карлик в нашей Галактике, мы видим, что они существенно менее яркие, чем наше Солнце сегодня. По классическому определению пригодная для существования жизни зона вокруг такого карлика должна быть в 10-20 раз ближе, чем в Солнечной Системе. К тому же теперь мы знаем, что эти красные карлики генерируют много рентгеновских и экстремальных ультрафиолетовых вспышек посредством звёздных штормов, которые достигают экзопланет в зонах жизни», — говорит Айрапетян.

Супервспышки вызывают атмосферную эрозию, когда высокоэнергетическая рентгеновская и жёсткая ультрафиолетовая эмиссия сначала разрушает молекулы на атому, а затем ионизирует атмосферные газы. Во время ионизации излучение ударяет в атомы и выбрасывает электроны. Электроны намного легче, чем недавно сформировавшиеся ионы, таким образом, они преодолевают притяжение гравитационной силы легче и с больше готовностью вылетают в космическое пространство. Как известно, противоположные заряды притягиваются, поэтому поскольку больше образуется заряженных отрицательно электронов, они создают мощное разделение заряда, с помощью которого из атмосферы уносятся и положительно заряженные ионы.

«Мы знаем, что унос ионов кислорода происходит и на Земле, но в значительно меньшем масштабе, так как Солнце демонстрирует только часть деятельности более молодых звёзд. Чтобы понять, как аппроксимировать этот эффект, когда мы имеем рядом с собой молодую и более активную звезду, мы и создали эту модель», — Алекс Глосер, астрофизик и соавтор работы.

Модель предполагает унос кислорода на планетах вокруг красных карликов, принимая допущение о том, что он не компенсируется вулканической деятельностью или кометными бомбардировками. Различные модели атмосферной эрозии, разработанные ранее, указывали, что водород является самым уязвимым для этого эффекта. Как самый лёгкий элемент, водород легко убегает в космос, оставляя после себя атмосферу, богатую более тяжёлыми элементами, такими как кислород и азот. Но, когда учёные ввели в эти модели воздействие от супервспышек, удалось показать, что сильные выбросы от красных карликов генерируют достаточно высокоэнергетического излучения, чтобы позволить вылететь их атмосферы кислороду и азоту, которые являются строительными кирпичиками для молекул жизни в том виде, каком мы её знаем.

«Чем сильнее у звезды рентгеновское и экстремальное ультрафиолетовое излучение, тем больше электронов генерируется и более сильным становится эффект уноса ионов из атмосферы. Этот процесс очень чувствителен к количеству энергии, которое испускает звезда. Именно поэтому мы считаем, что он должен играть важную роль в определении того, является ли планета пригодной для поддержания жизни или нет».

Если брать во внимание только унос атмосферного кислорода, модель оценивает, что молодой красный карлик может исключить возможность существования жизни на промежуток времени от нескольких десятков до сотни миллионов лет. Потеря же атмосферного кислорода совместно с водородом полностью отсекает снабжение планеты водой до того, как жизнь будет иметь возможность развиться на экзопланете.

«Результаты этой работы будут иметь серьёзные последствия для всех, кто занимается химией атмосфер экзопланет. Заключения этой исследовательской команды точно повлияют на будущие и нынешние миссии, которые занимаются поиском признаков жизни в химическом составе атмосфер других миров», — Шон Домагал-Голдман, специалист в области космических исследований, не вовлечённый в данную работу.

Моделирование потери кислорода из атмосферы является первым шагом команды на пути расширения классического определения зоны обитаемости в то, что они называют зонами обитания, затронутыми космической погодой. Когда экзопланета вращается вокруг старой звезды с умеренной космической средой, достаточно и классического определения. Но, когда звезда с экзопланетами демонстрирует рентгеновские и мощные ультрафиолетовые вспышки, примерно от десяти раз активнее, по сравнению с нашим Солнцем, тогда должно применяться новое определение. В будущем исследователи планируют изучить унос азота из атмосферы, который может быть сопоставим с уносом кислорода, так как азот всего лишь немного легче.

Новая модель области обитания может наложить существенные последствия на недавно обнаруженную экзопланету, вращающуюся как раз вокруг красного карлика Проксима Центавра — нашего самого близкого соседа. Айрапетян с коллегами применили свою модель на землеподобную экзопланету Проксима b, которая вращается вокруг своей звезды по орбите в двадцать раз ближе, чем Земля вокруг Солнца. Принимая во внимания возраст звезды и близость к ней экзопланеты, учёные ожидают, что Проксима b подвергается ударам потоков рентгеновских и ультрафиолетовых супервспышек, происходящих примерно каждый два часа. При этом удалось оценить, что весь кислород вылетел бы их атмосферы примерно через 10 миллионов лет. Кроме того, интенсивная магнитная деятельность и звёздные ветра — непрерывный поток заряженных частиц от звезды — ещё больше усиливают резкие условия космической погоды. Учёные пришли к заключению, что довольно маловероятно, что на экзопланете Проксима b могла когда-либо существовать жизнь.

«У нас пессимистические прогнозы для экзопланет вокруг молодых красных карликов. Но, везде надо искать свои плюсы, теперь у нас есть лучшее понимание того, какие звёзды обладают лучшей зоной обитаемости. И, когда мы больше узнаём о том, какими свойствами должна обладать звезда в системе, выходит так, что наше Солнце всё больше и больше походит на того единственного идеального родителя, который поддерживает существование жизни на Земле».

По информации НАСА.

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Лицензия Creative Commons «The Universe Times» Google