Новое исследование, основанное на моделировании условий в планетной системе TRAPPIST-1, ставит под сомнение обитаемость миров, вращающихся вокруг самых распространённых звёзд во Вселенной — красных карликов. Учёные пришли к выводу, что интенсивное излучение таких звёзд может лишать планеты атмосферы, делая их непригодными для жизни в привычном нам понимании.
Художественное представление планеты в системе TRAPPIST-1.
Проблема обитаемости миров у красных карликов
Ключевым условием для существования жизни, подобной земной, является наличие на планете стабильной атмосферы, способной поддерживать жидкую воду на поверхности. Астрономы часто исследуют атмосферы экзопланет, анализируя изменения в свете их звёзд во время транзитов планет. Однако для сбора достоверных данных требуются длительные наблюдения. Одной из самых изученных и многообещающих целей является система TRAPPIST-1, где вокруг холодного красного карлика обращаются семь каменистых планет, причём четыре из них находятся в так называемой «зоне обитаемости».
Моделирование судьбы атмосферы
В рамках нового исследования, препринт которого опубликован на arXiv, учёные решили проверить, способны ли планеты земного типа в таких системах вообще удерживать атмосферу. Они создали модель, вдохновлённую системой TRAPPIST-1, но не строго привязанную к её параметрам. Моделировались планеты с массой 0.8, 1 и 1.2 земной, а их радиус рассчитывался исходя из плотности Земли.
Главной задачей было понять, как атмосфера таких планет реагирует на мощное излучение маломассивных звёзд спектрального класса М (красных карликов), к которым относится и звезда TRAPPIST-1. Для этого использовалась сложная модель верхних слоёв атмосферы (код Компота), описывающая её термохимическую структуру от поверхности до границы с космосом.
Эта продвинутая модель учитывает более 500 химических реакций с участием 63 элементов, а также различные механизмы нагрева (например, рентгеновским и ультрафиолетовым излучением звезды) и охлаждения (включая эффекты от углекислого газа).
Обратите внимание: Что больше Вселенной (рассказ).
Сравнительная инфографика планет системы TRAPPIST-1 и Солнечной системы.
Тревожные выводы: атмосфера испаряется
Сравнив результаты моделирования с данными по TRAPPIST-1, исследователи пришли к тревожному выводу: большинство планет в этой системе, вероятно, не способны долговременно удерживать атмосферу, независимо от её первоначального состава. Звёздное излучение настолько сильно нагревает верхние слои газовой оболочки, что молекулы получают энергию, достаточную для преодоления гравитации планеты и улетучивания в космос.
Учитывая предполагаемый возраст системы TRAPPIST-1 (около 7.6 миллиардов лет), даже сверхплотная атмосфера, в 100 раз массивнее земной, к настоящему моменту полностью бы испарилась. Учёные предполагают, что аналогичная судьба, вероятно, ожидает большинство планет земного типа, находящихся вблизи красных карликов — самого многочисленного класса звёзд в Галактике.
Подтверждение наблюдениями и оставшиеся вопросы
Результаты моделирования находят подтверждение в реальных наблюдениях. Ни на одной из планет TRAPPIST-1 не обнаружено признаков протяжённой водородной атмосферы. Данные космического телескопа «Джеймс Уэбб» показали отсутствие плотной атмосферы у планет TRAPPIST-1b и TRAPPIST-1c. Другие исследования также не нашли в атмосфере TRAPPIST-1c преобладания углекислого газа или кислорода.
Однако авторы исследования отмечают парадокс: низкая плотность планет системы TRAPPIST-1 (меньше, чем у Земли или Венеры) косвенно указывает на возможное наличие у них значительного количества лёгких элементов, что трудно объяснить без атмосферы. Этот вопрос остаётся открытым и требует дальнейших наблюдений, возможно, с помощью новых поколений телескопов.
Источник исследования: препринт на arXiv.
Больше интересных статей здесь: Космос.
Источник статьи: Астрономы посчитали непригодными для жизни самые массовые планетные системы Вселенной.