Астрономія
Астрономія

Рідку воду на поверхні екзосупутників біля планет-сиріт визнали можливою

Дослідники виявили, що за певних умов екзосупутник, що обертається навколо планети-сироти, може мати рідку воду на своїй поверхні. Її кількість буде меншою, ніж на Землі, але все ж достатньою для потенційного розвитку життя. Стаття про це надрукована у виданні International Journal of Astrobiology.

Dan Durda

Dan Durda

Як утворюються планети-сироти?

Сучасні теорії формування планет передбачають, що під час або після свого утворення планета може бути викинута зі своєї системи через взаємодію з більш масивною планетою або зірками, що проходять неподалік. Астрономи вже фіксували можливі кандидати у такі об’єкти, зокрема за допомогою мікролінзування — викривлення шляху світла віддалених джерел завдяки певній масі між цими джерелами і спостерігачем. Теоретичні оцінки показують, що в нашій галактиці на кожну зірку в середньому припадає планет-сиріт масою у дві маси Юпітера і 2,5 маси Землі. Однак через невизначеність щодо маси, багато кандидатів у планети, що не прив’язані до жодного світила, можна класифікувати і як коричневих карликів. Тож поріг маси для класифікації таких об’єктів як планет становить 13 мас Юпітера.

Такі планети можуть мати супутники. Попередні дослідження показали, що частина таких об’єктів розміром із Землю, швидше за все, буде викинута із супутником розміром з Місяць. Астрономи розглядають можливість існування життя на таких супутників, де основним джерелом тепла слугуватиме припливне нагрівання. Тож параметри орбіти супутника є визначальними у цьому питанні.

Що змоделювали астрономи?

Дослідники вирішили проаналізувати хімічну еволюцію атмосфери екзосупутника біля планети-сироти, врахувавши припливне нагрівання та радіогенне тепло. Для цього вони змоделювали динаміку всередині системи планета-супутник. Науковці змінювали такі параметри як іонізація від космічних променів, хімічний склад, профілі температури та тиск атмосфери, щоб визначити загальну кількість утвореної рідкої води на поверхні супутника. Маса супутника у моделювання дорівнювала масі Землі, а маса планети — масі Юпітера. Атмосфера складалася переважно з вуглекислого газу, початкова маса молекулярного водню в ній становила 10%.

Залежність температури на поверхні екзосупутника від ексцентриситету та напіввісі орбіти за різних тисків. Patricio Javier Ávila et al.

Залежність температури на поверхні екзосупутника від ексцентриситету та напіввісі орбіти за різних тисків. Patricio Javier Ávila et al.

Про що вони дізналися?

Виявилося, що екзосупутник може підтримувати рідку воду на своїй поверхні, якщо оптична товщина атмосфери є відносно великою, а параметри орбіти забезпечують достатньо припливного нагріву, щоб підвищити температуру над температурою танення води. Крім того, обсяг виробництва води залежить від ефективності космічних променів при проникненні в атмосферу. Більш високий рівень іонізації цими променями зменшують часовий масштаб утворення води в порівнянні з моделями із низьким рівнем. Таким чином, космічні промені відіграють ключову роль у хімічній еволюції атмосфери екзосупутника. Однак у нижніх шарах атмосфери на утворення води також впливає густина атмосфери. У результаті присутність води та інших хімічних видів буде змінюватися залежно від висоти.

Чи можливе життя в таких умовах?

Наявність води на поверхні екзосупутника, на яку впливає здатність атмосфери підтримувати необхідну температуру, може сприяти розвитку пребіотичної хімії. Згідно з моделлю дослідників, мінімальна ефективна температура для цього становить 97 Кельвінів при поверхневому тиску 10 бар у атмосфері, в якій переважає вуглекислий гах. Температура поверхні визначається наявністю в атмосфері парникових газів, які контролюють нагрівання, що виробляється припливними силами. За цих умов, якщо параметри орбіти стабільні та можуть гарантувати постійне достатнє припливне нагрівання, вода залишається рідкою протягом усієї еволюції системи і, отже, забезпечує сприятливі умови для появи життя.