В статье, опубликованной в этом месяце в журнале Astrobiology, докторант UW Родриго Люгер и соавтор Рори Барнс, доцент-исследователь, говорят, что две силы могут объединиться, чтобы преобразовать необитаемые «мини-Нептуны» – большие планеты на внешних орбитах с твердыми телами. ядра и толстые водородные атмосферы – в более близкие, свободные от газа, потенциально обитаемые миры.
Большинство звезд в нашей галактике – это звезды с малой массой, также называемые M-карликами. Меньше и тусклее, чем солнце, с близкими зонами для обитания, они являются хорошими целями для поиска и изучения потенциально пригодных для жизни планет.
В ближайшие годы астрономы ожидают найти множество планет земного типа и «суперземли» в обитаемых зонах этих звезд, поэтому важно знать, действительно ли они могут поддерживать жизнь.
Суперземли – это планеты, которые по массе больше нашей, но меньше газовых гигантов, таких как Нептун и Уран. Обитаемая зона – это полоса пространства вокруг звезды, которая может позволить жидкой воде попасть на вращающуюся по орбите каменистую поверхность планеты, что, возможно, даст шанс жизни.
«Есть много процессов, которыми можно пренебречь на Земле, но они могут повлиять на обитаемость M карликовых планет», – сказал Люгер. "Двумя важными из них являются сильные приливные эффекты и активная звездная активность."
Приливная сила – это гравитационное притяжение звезды на вращающейся по орбите планете, и она сильнее на ближней стороне планеты, обращенной к родительской звезде, чем на дальней стороне, поскольку гравитация ослабевает с увеличением расстояния. Это притяжение может растянуть мир в эллипсоидальную или яйцевидную форму, а также, возможно, заставить его мигрировать ближе к своей звезде.
«Это причина того, что у нас есть океанские приливы на Земле, поскольку приливные силы как от Луны, так и от Солнца могут воздействовать на океаны, создавая выпуклость, которую мы воспринимаем как прилив», – сказал Люгер. "К счастью, на Земле искажается только вода в океанах, и только на несколько футов.
Но планеты, расположенные близко друг к другу, например, в обитаемых зонах M-карликов, испытывают гораздо более сильные приливные силы."
Это растяжение вызывает трение внутри планеты, которое выделяет огромное количество энергии.
Это может вызвать поверхностный вулканизм, а в некоторых случаях даже нагреть планету до состояния неконтролируемого парникового эффекта, выкипая из ее океанов, и все шансы стать обитаемыми.
Активная звездная активность также может уничтожить любые шансы на существование жизни на планетах, вращающихся вокруг маломассивных звезд. Карлики M очень яркие в молодом возрасте и излучают много высокоэнергетических рентгеновских лучей и ультрафиолетового излучения, которые могут нагревать верхние слои атмосферы планеты, порождая сильные ветры, которые могут полностью разрушить атмосферу. В недавней статье Люгер и Барнс показали, что вся поверхностная вода планеты может быть потеряна из-за такой звездной активности в течение первых нескольких сотен миллионов лет после ее образования.
"Но все не обязательно так мрачно, как может показаться", – сказал Люгер. Используя компьютерные модели, соавторы обнаружили, что приливные силы и атмосферное ускользание иногда могут формировать планеты, которые начинаются как мини-Нептуны, в безгазовые, потенциально обитаемые миры.
Как происходит это преобразование?
Мини-Нептуны обычно образуются вдали от своей звезды-хозяина, когда молекулы льда соединяются с газами водорода и гелия в большом количестве, образуя ледяные / скалистые ядра, окруженные массивной газовой атмосферой.
«Изначально это леденящие кровь негостеприимные миры», – сказал Люгер. "Но планеты не всегда должны оставаться на своих местах. Наряду с другими процессами, приливные силы могут вызывать внутреннюю миграцию планеты."Этот процесс может привести мини-Нептуны в обитаемую зону их звезды-хозяина, где они подвергаются гораздо более высоким уровням рентгеновского и ультрафиолетового излучения.
Это, в свою очередь, может привести к быстрой потере атмосферных газов в космос, иногда оставляя после себя безводородный каменистый мир в обитаемой зоне.
Соавторы называют такие планеты «обитаемыми испаренными ядрами»."
«Такая планета, вероятно, будет иметь обильные поверхностные воды, поскольку ее ядро богато водяным льдом», – сказал Люгер. «Попав в обитаемую зону, этот лед может таять и образовывать океаны», что, возможно, приводит к появлению жизни.
Барнс и Люгер отмечают, что для того, чтобы такие планеты стали пригодными для жизни, необходимо выполнить множество других условий. Один из них – создание атмосферы, способствующей созданию и переработке питательных веществ во всем мире.
Другой – простое время.
Если во время формирования планеты потеря водорода и гелия будет слишком медленной, преобладает газовая оболочка, и скалистый земной мир может не сформироваться. Если мир слишком быстро потеряет водород, это может привести к неконтролируемому парниковому эффекту, когда вся вода будет потеряна в космосе.
«Суть в том, что этот процесс – преобразование мини-Нептуна в земной мир – может быть путем к формированию пригодных для жизни миров вокруг M карликовых звезд», – сказал Люгер.
Будут ли они действительно пригодны для жизни?
По словам Люгера, это остается для будущих исследований.
"В любом случае, эти испаренные ядра, вероятно, скрываются в обитаемых зонах этих звезд, и многие из них могут быть обнаружены в ближайшие годы."