Множество планет в Млечном Пути находятся в зоне обитаемости: где они скрываются

По разным оценкам, в Млечном Пути содержится от 100 до 400 млрд звезд и, по крайней мере, такое же количество различных планет. Несмотря на значительный прогресс в поиске внеземных миров, достигнутый в последние годы, достоверно подтверждено существование только чуть более 5 400 планет, расположенных за пределами Солнечной системы.

Звезды подобные Солнцу — желтые карлики — встречаются в Млечном Пути достаточно редко. Большая часть «населения» нашей Галактики (до 75% звезд) — это красные карлики. Они значительно меньше (размером ближе к Юпитеру, чем к Солнцу) и гораздо более холодные. Такие звезды дают меньше света своим планетам, но зато могут жить гораздо дольше — от десятков миллиардов до триллионов лет в зависимости от массы.

Поскольку красные карлики (звезды класса M) — наиболее распространенные в нашей Галактике, именно вокруг них вращается большая часть планет Млечного Пути. Астрономы из Флоридского университета использовали данные об известных планетах, найденных у подобных холодных звезд, и моделирование, чтобы узнать, сколько из этих планет потенциально пригодны для жизни, подобной земной.

Что такое зона обитаемости?

Обитаемая зона или зона обитаемости — это условная область, окружающая звезду, которая расположена на таком расстоянии от нее, чтобы поддерживать существование на поверхности экзопланет жидкой воды. Это ключевой растворитель, который поддерживает большинство биохимических реакций в живых клетках. Без воды существование жизни в той форме, которая распространена на Земле, невозможна.

В зависимости от типа звезды — ее размера и светимости — обитаемая зона отличается в различных планетарных системах. У горячих гигантов она шире и расположена на большем расстоянии от звезды, у карликов — уже и находится ближе к светилу. Расположение экзопланеты в обитаемой зоне — не гарантия наличия жизни, существует множество других необходимых условий (от наличия атмосферы и доступных химических элементов до частоты вспышек на звезде). Но это первый знак того, что планета требует дополнительного изучения.

Концепция обитаемой зоны подвергается критике со стороны отдельных планетологов. В частности, они отмечают, что близость к звезде — не единственный способ обеспечить необходимую температуру (например, жидкие океаны существуют на спутнике Юпитера Европы, расположенном за границами зоны обитаемости Солнечной системы). Кроме того, эта концепция концентрируется только на жизни, подобной земной, не рассматривая альтернативные модели. Тем не менее в условиях большой неопределенности проще всего начать поиски с наиболее близкой и понятной модели.

Приливный нагрев планеты

Ключевая особенность обитаемой зоны красных карликов состоит в том, что она находится близко к такой звезде. Только в этих условиях планеты будут получать достаточно тепла для нагрева воды на поверхности до жидкого состояния. Но такие близкие орбиты делают планеты восприимчивыми к экстремальным приливным силам, вызванным гравитационным воздействием звезды.

Планетологи проанализировали эксцентриситеты орбит 163 экзопланет М-карликов, который искал внеземные миры с 2009 по 2019 годы. Этот орбитальный спутник использовал транзитный метод для поиска экзопланет: он анализировал регулярные изменения яркости звезды, связанные с прохождением планеты по ее диску (транзитом). 

Чтобы оценить свойства орбит, по которым движутся звезды, исследователи использовали данные о расстояниях до звезд, собранные миссией Gaia. Они рассчитывали время, которое требуется планете, чтобы пройти по поверхности звезды. Большинство планет (в том числе Земля) движутся не по круговым, а по эллиптическим орбитам. Эксцентриситет — это характеристика орбиты, которая показывает насколько близка к идеальной окружности орбита конкретной планеты. 

В случае с нашей планетой, расположенной на достаточном расстоянии от Солнца, влияние эксцентриситета орбиты на условия для жизни ограничены. У красных карликов потенциально обитаемые экзопланеты гораздо больше подвержены воздействию гравитации звезды. Под воздействием приливных сил миры, вращающиеся слишком близко, испытывают нагрев из-за растяжения и сжатия планеты гравитацией при движении по вытянутой орбите. В результате температура на поверхности планеты становится слишком горячей для существования жидкой воды.

Потенциально обитаемые миры

Исследование выявило корреляцию между количеством планет в звездной системе и эксцентриситетом орбит. Они обнаружили, что, если вокруг звезды вращается несколько планет, они с большей вероятностью будут иметь более круговые орбиты и, следовательно, будут менее подвержены приливному нагреву и лучше подходят для жизни. Напротив, единственные экзопланеты в своих системах чаще вращались по траекториям овальной формы, создавая условия для экстремального нагрева поверхности.

На основе собранных данных исследователи рассчитали, что около трети всех экзопланет, вращающихся в обитаемой зоне вокруг М-карликов должны поддерживать условия, необходимые для существования жидкой воды. Остальные подобные миры движутся по «слишком овальным» орбитам и подвержены экстремальным приливным силам, которые их «стерилизуют».

Авторы исследования отмечают, что тот факт, что одна треть планет вокруг карликовых звезд может быть обитаемой, открывает огромное пространство для будущих исследований. Но существуют и другие проблемы, связанные с планетами, вращающимися вокруг карликовых звезд, которые могут ограничить способность жизни развиваться.

Красные карлики гораздо более изменчивы, чем более горячие звезды, такие как наше Солнце. На них гораздо чаще происходят вспышки. Они и связанные с ними выбросы корональной массы испускают смертоносное излучение, поэтому пригодность планет вокруг красных карликов крайне неопределенна. 

Лаура МакКеммиш, астрофизик из Университета Нового Уэльса, которая не участвовала в исследовании

Мощные и частые звездные вспышки могут влиять на стабильность атмосферы (изменять химический состав составляющих ее газов), а радиация при прохождении сквозь нее может уничтожать сложные органические соединения. 

Развитие технологий, используемых для астрономических наблюдений и создание мощных телескопов, открывает возможности для исследования миллионов миров, расположенных у карликовых звезд. Исследователи полагают, что дальнейшие исследования потенциально обитаемых миров покажут, может ли жизнь выживать у самых распространенных звезд Млечного Пути.

Читать далее:

Ученые связали потерю памяти и нехватку определенных веществ: как исправить ситуацию

Исследование: женатые люди, которые изменяют, не жалеют об этом и довольны жизнью

Посмотрите, как взорвалась самая большая за последние 10 лет сверхновая

_{На обложке: художественная иллюстрация экзопланеты у красного карлика. Изображение: NASA/JPL-Caltech}