Pri hľadaní potenciálne obývateľných exoplaniet je jednou z najdôležitejších vecí, ktoré astronómovia hľadajú, či kandidáti na exoplanety obiehajú okolo obývateľnej zóny svojej hviezdy. Je nevyhnutné, aby na povrchu planéty existovala tekutá voda, čo je predpokladom života, ako ho poznáme. V priebehu objavovania nových exoplanet si však vedci uvedomili extrémny prípad známy ako „vodné svety“.
Vodné svety sú v podstate planéty, ktoré majú až 50% vody, čo vedie k povrchovým oceánom, ktoré by mohli byť hlboké stovky kilometrov. Podľa novej štúdie tímu astrofyzikov z Princetonu, univerzity v Michigane a Harvarde, vodné svety nemusia byť schopné visieť na svojej vode veľmi dlho. Tieto nálezy môžu mať obrovský význam, pokiaľ ide o hon na obývateľné planéty v našom krku vesmíru.
Táto najnovšia štúdia s názvom „Dehydratácia vodných svetov prostredníctvom strát v atmosfére“ sa nedávno objavila v The Astrophysical Journal Letters. Tím, ktorý viedol Chuanfei Dong z Katedry astrofyzikálnych vied na Princetonskej univerzite, uskutočnil počítačové simulácie, ktoré zohľadňovali, za akých podmienok by sa na vodné svety vzťahovali.
Táto štúdia bola motivovaná do veľkej miery počtom objavov exoplanet, ktoré sa v posledných rokoch uskutočnili okolo nízkohmotných hviezdnych systémov typu M (červený trpaslík). Zistilo sa, že veľkosť týchto planét je porovnateľná so Zemou, čo naznačuje, že boli pravdepodobne pozemské (t. J. Skalnaté). Okrem toho sa zistilo, že mnoho z týchto planét - napríklad Proxima ba tri planéty v systéme TRAPPIST-1 - obiehajú v zónach obývajúcich hviezdy.
Nasledujúce štúdie však naznačili, že Proxima ba ďalšie skalnaté planéty obiehajúce okolo červených trpaslíkov by v skutočnosti mohli byť vodné svety. Vychádzalo to z odhadov hmotnosti získaných prostredníctvom astronomických prieskumov a zo zabudovaných predpokladov, že takéto planéty boli v prírode skalnaté a nemali masívnu atmosféru. Zároveň boli vypracované početné štúdie, ktoré spochybňujú, či by tieto planéty boli schopné zadržať vodu.
V podstate to všetko závisí od typu hviezdy a orbitálnych parametrov planét. Aj keď sú červené trpaslíci s dlhou životnosťou známe v porovnaní s našim Slnkom, sú premenlivé a nestabilné, čo vedie k pravidelným vzplanutiam, ktoré by časom narušili atmosféru planéty. Okrem toho by planéty obiehajúce v obývateľnej zóne červeného trpaslíka boli pravdepodobne uzamknuté, čo znamená, že jedna strana planéty bude neustále vystavená žiareniu hviezdy.
Z tohto dôvodu sa vedci zameriavajú na to, ako dobre si môžu exoplanety v rôznych typoch hviezdnych systémov udržať svoju atmosféru. Ako povedal Dr. Dong časopisu Space Magazine e-mailom:
„Je spravodlivé povedať, že prítomnosť atmosféry sa vníma ako jedna z požiadaviek na obývateľnosť planéty. Po tom, čo bolo povedané, je koncepcia obývateľnosti komplexná a zahŕňa množstvo nespočetných faktorov. Atmosféra sama o sebe nebude stačiť na zabezpečenie obývateľnosti, ale môže sa považovať za dôležitú zložku pre obývateľnosť planéty. “
Aby sa otestovalo, či by vodný svet dokázal udržať svoju atmosféru, tím vykonal počítačové simulácie, ktoré zohľadňovali rôzne možné scenáre. Patria sem účinky hviezdnych magnetických polí, ejekcií koronálnej hmoty a atmosférickej ionizácie a ejekcií pre rôzne typy hviezd - vrátane hviezd typu G (ako je naše Slnko) a hviezd typu M (ako Proxima Centauri a TRAPPIST-1).
Vďaka týmto účinkom odvodil Dr. Dong a jeho kolegovia komplexný model, ktorý simuloval, ako dlho vydrží atmosféra exoplanet. Ako to vysvetlil:
„Vyvinuli sme nový viac tekutinový magnetohydrodynamický model. Model simuloval ionosféru aj magnetosféru ako celok. V dôsledku existencie dipólového magnetického poľa nemôže hviezdny vietor priamo odviesť atmosféru (ako Mars kvôli absencii globálneho dipólového magnetického poľa), namiesto toho bola strata atmosférických iónov spôsobená polárnym vetrom.
„Elektróny sú menej masívne ako ich materské ióny, a preto sa ľahšie zrýchľujú až k únikovej rýchlosti planéty. Toto oddelenie náboja medzi unikajúcimi elektrónmi s nízkou hmotnosťou a výrazne ťažšími, pozitívne nabitými iónmi, vytvára polarizačné elektrické pole. Toto elektrické pole zasa ťahá kladne nabité ióny pozdĺž za unikajúcimi elektrónmi z atmosféry v polárnych čiapkach. “
Zistili, že ich počítačové simulácie boli v súlade so súčasným systémom Earth-Sun. V niektorých extrémnych možnostiach, napríklad v exoplanetách okolo hviezd typu M, je však situácia veľmi odlišná a miera úniku by mohla byť tisíckrát vyššia alebo viac. Výsledok znamená, že dokonca aj vodný svet, ak obieha okolo červenej trpasličej hviezdy, môže prísť o atmosféru asi po miliarde rokov po gigayear (Gyr).
Berúc do úvahy, že život, ako vieme, trvalo približne 4,5 miliardy rokov, kým sa vyvinul, jedna miliarda rokov je relatívne stručným oknom. V skutočnosti, ako vysvetlil Dr. Dong, tieto výsledky naznačujú, že planéty, ktoré by obiehali okolo hviezd typu M, by sa ťažko vyvíjali:
„Naše výsledky naznačujú, že morské planéty (obiehajúce okolo hviezdy podobnej Slnku) si budú udržiavať svoju atmosféru oveľa dlhšie, ako je Gyrov časový harmonogram, pretože miera úniku iónov je príliš nízka, preto umožňuje na týchto planétach vzniknúť dlhšiu životnosť. a vyvíjajú sa z hľadiska zložitosti. Naopak, v prípade exoplanet obiehajúcich M-trpaslíky by mohli mať svoje oceány vyčerpané v časovom rámci Gyr kvôli intenzívnejšiemu prostrediu častíc a žiarenia, ktoré exoplanety zažívajú v zónach obývateľných blízko. Keby sa atmosféra vyčerpala v časovom rámci menej ako Gyr, mohlo by sa to ukázať ako problematické pre pôvod života (abiogenézu) na planéte. “
Tieto výsledky opäť vedú k pochybnostiam o možnej obývateľnosti systémov červených trpaslíkov. V minulosti vedci naznačili, že dlhovekosť červených trpaslíkov, ktoré môžu zostať vo svojej hlavnej sekvencii až 10 biliónov rokov alebo dlhšie, z nich robí najlepšieho kandidáta na nájdenie obývateľných exoplanet. Zdá sa však, že stabilita týchto hviezd a spôsob, akým pravdepodobne prúžkujú planéty svojej atmosféry, naznačujú inak.
Štúdie, ako je táto, sú preto veľmi dôležité v tom, že pomáhajú riešiť, ako dlho môže potenciálne obývateľná planéta okolo červenej trpaslíka zostať potenciálne obývateľná. Dong uviedol:
„Vzhľadom na dôležitosť atmosférických strát pre obývateľnosť planéty existuje veľký záujem o použitie ďalekohľadov, ako je nadchádzajúci James Webb Space Telescope (JWST), aby sa určilo, či tieto planéty majú atmosféru, a ak áno, aké je ich zloženie. , Očakáva sa, že JWST by mal byť schopný charakterizovať tieto atmosféry (ak sú prítomné), ale presné kvantifikovanie miery úniku si vyžaduje oveľa vyššiu mieru presnosti a nemusí byť možné v blízkej budúcnosti. “
Štúdia je dôležitá aj z hľadiska nášho chápania slnečnej sústavy a jej vývoja. Vedci sa odvážili, že Zem aj Venuša môžu byť vodnými svetmi. Ako urobili prechod z veľmi vodnatého na dnešný stav - v prípade Venuše, suchého a pekelného; a v prípade Zeme má viac kontinentov dôležitú otázku.
V budúcnosti sa očakávajú podrobnejšie prieskumy, ktoré by mohli pomôcť objasniť tieto konkurenčné teórie. Keď je vesmírny teleskop James Webb (JWST) nasadený na jar 2018, využije svoje silné infračervené možnosti na štúdium planét okolo blízkych červených trpaslíkov, pričom Proxima b je jednou z nich. To, čo sa dozvíme o tomto a ďalších vzdialených exoplanetách, povedie k tomu, aby sme pochopili, ako sa vyvíjal aj náš vlastný slnečný systém.
