Эта концепция художника 2018 года показывает, как может выглядеть планетная система TRAPPIST-1, основываясь на доступных данных о диаметрах, массах и расстояниях планет от родительской звезды (крайний слева). Новое исследование показывает, что, хотя TRAPPIST-1b, второй слева, не имеет атмосферы, TRAPPIST-1e, третий справа, может иметь долговременную стабильную атмосферу. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.
С момента своего запуска в конце 2021 года космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба повысил вероятность того, что мы сможем обнаружить признаки жизни на экзопланетах или планетах за пределами нашей солнечной системы.
Главными кандидатами в этом поиске являются каменистые, а не газообразные планеты, вращающиеся вокруг звезд малой массы, называемых М-карликами, — пожалуй, самых распространенных звезд во Вселенной. Один из близлежащих М-карликов — это TRAPPIST-1, звезда, находящаяся на расстоянии около 40 световых лет от нас, вокруг которой находится система вращающихся планет, находящихся под пристальным вниманием в поисках жизни на планетах, вращающихся вокруг звезд, отличных от Солнца.
Предыдущие исследования поставили под сомнение обитаемость планет, вращающихся вокруг TRAPPIST-1, и обнаружили, что интенсивные ультрафиолетовые лучи сжигают их поверхностную воду. Это приведет к высыханию поверхности планеты и, если только водородная часть молекул водяного пара улетучится, потенциально с огромным количеством реактивного кислорода, который будет препятствовать химическому процессу зарождения жизни.
Теперь исследование под руководством Вашингтонского университета, недавно опубликованное в журнале Nature Communications, показывает, что последовательность событий во время эволюции некоторых скалистых планет, вращающихся вокруг М-карликов, создает атмосферу, которая будет стабильной с течением времени.
«Один из самых интригующих вопросов экзопланетной астрономии сейчас: могут ли каменистые планеты, вращающиеся вокруг звезд М-карликов, поддерживать атмосферу, пригодную для жизни?» сказал ведущий автор Джошуа Криссансен-Тоттон, доцент кафедры наук о Земле и космосе Университета Вашингтона.
«Наши результаты дают основание ожидать, что некоторые из этих планет действительно имеют атмосферу, что значительно увеличивает шансы на то, что эти общие планетные системы могут поддерживать жизнь».
Космический телескоп Джеймса Уэбба достаточно чувствителен, чтобы он мог наблюдать за некоторыми из этих планетных систем. Полученные к настоящему времени данные позволяют предположить, что самые горячие каменистые планеты, ближайшие к звезде TRAPPIST-1, действительно лишены значительной атмосферы. Но телескоп пока не смог четко охарактеризовать планеты в «зоне Златовласки», чуть дальше от своей звезды, на расстоянии, наиболее благоприятном для поддержания жидкой воды и жизни.
Схематический обзор совместной модели эволюции окислительно-восстановительной атмосферы и внутреннего пространства, PACMAN-P. Фото: Nature Communications (2024 г.). DOI: 10.1038/s41467-024-52642-6
Новое исследование смоделировало каменистую планету в процессе ее расплавленного формирования и охлаждения в течение сотен миллионов лет в твердую планету земной группы. Результаты показали, что водород или другие легкие газы изначально улетучились в космическое пространство.
Но на планетах, находящихся дальше от звезды, где температура более умеренная, водород также вступал в реакцию с кислородом и железом внутри планеты. В результате образуется вода и другие, более тяжелые газы, образующие атмосферу, которая, как показывают результаты, стабильна с течением времени.
Результаты также показали, что на этих планетах «зоны Златовласки» вода выливается из атмосферы довольно быстро, что снижает вероятность ее утечки.
«JWST легче наблюдать за более горячими планетами, ближайшими к звезде, потому что они излучают больше теплового излучения, на которое не так сильно влияет вмешательство звезды. Для этих планет у нас есть довольно однозначный ответ: у них нет плотная атмосфера», — сказала Криссансен-Тоттон.
«Для меня этот результат интересен, поскольку он предполагает, что планеты с более умеренным климатом могут иметь атмосферу и должны быть тщательно изучены с помощью телескопов, особенно с учетом их потенциала обитаемости».
JWST пока не удалось проверить, есть ли у планет, находящихся немного дальше от звезды TRAPPIST-1, атмосфера. Но если они это сделают, это означает, что у них может быть поверхностная жидкая вода и умеренный климат, благоприятствующий жизни.
«С теми телескопами, которые у нас есть сейчас, Джеймсом Уэббом и чрезвычайно большими наземными телескопами, которые появятся в ближайшее время, мы действительно сможем наблюдать только за очень небольшим количеством атмосфер обитаемых зон скалистых планет — это TRAPPIST. -1 планеты и еще пара других», — сказала Криссансен-Тоттон.
«Учитывая огромный интерес к поиску жизни в других местах, наш результат показывает, что стоит инвестировать время телескопов, чтобы продолжить изучение обитаемости этих систем с помощью технологий, которые у нас есть сейчас, а не ждать следующего поколения более мощных телескопов».
Соавторы: Николас Воган, который выполнил эту работу будучи аспирантом Университета Вашингтона и сейчас работает в НАСА; Мэгги Томпсон из Института науки Карнеги в Вашингтоне, округ Колумбия; и Джонатан Фортни из Калифорнийского университета в Санта-Крус.
Информация от: Вашингтонским университетом
