Когда мы думаем об экзопланетах, на которых может быть жизнь, мы обращаем внимание на обитаемую зону. Обитаемая зона — это область вокруг звезды, где планеты получают достаточно звездной энергии, чтобы иметь жидкую поверхностную воду. Это несколько грубый, но полезный первый шаг при исследовании тысяч экзопланет.
Однако обитаемость – это нечто большее.
В плотной звездной среде планетам в обитаемых зонах приходится бороться не только со своей родительской звездой. Пролеты звезд и взрывающиеся сверхновые могут выбросить обитаемые экзопланеты из их солнечных систем и даже разрушить их атмосферы или сами планеты.
Новое исследование исследует угрозы, с которыми сталкиваются планеты обитаемой зоны в нашем звездном окружении. Исследование называется «Окрестности обитаемых зон экзопланетных систем: оценка угроз от столкновений со звездами и сверхновыми». был принят к публикации в «Астрономическом журнале». Ведущий автор — Тисьягупта Пайн из Интегрированного научно-образовательного и исследовательского центра Университета Висва-Бхарати в Индии.
Исследователи исследовали области площадью 10 парсеков вокруг 84 солнечных систем с обитаемыми зонами экзопланет. Некоторые из этих систем обитаемой зоны (HZS) сталкиваются с риском со стороны звезд за пределами солнечных систем. Как эти риски влияют на их обитаемость? Что это означает для нашего понятия обитаемой зоны?
«Известно, что из более чем 4500 звезд, содержащих экзопланеты, около 140+ имеют планеты в своих обитаемых зонах», — пишут авторы. «Мы оцениваем возможные риски, которые местная звездная среда этих HZS представляет для их обитаемости».
У нас есть более 150 подтвержденных экзопланет в обитаемых зонах, и по мере развития науки об экзопланетах учёные разрабатывают более детальное понимание того, что означает обитаемая зона. Ученые все чаще используют термины «консервативная обитаемая зона» и «оптимистическая обитаемая зона».
Оптимистичная обитаемая зона определяется как регионы, которые получают меньше радиации от своей звезды, чем Венера получила один миллиард лет назад, и больше, чем Марс 3,8 миллиарда лет назад. Ученые полагают, что недавняя Венера (RV) и ранний Марс (EM), вероятно, имели поверхностные воды.
Консервативная обитаемая зона — более строгое определение. Это более узкая область вокруг звезды, где на поверхности экзопланеты может быть вода. Он определяется внутренним краем неконтролируемого парникового эффекта, где звездный поток будет испарять поверхностную воду, и внешним максимальным краем парникового эффекта, где в парниковом эффекте углекислого газа преобладает рэлеевское рассеяние.
Насколько это возможно, это полезные научные определения. А как насчет обитаемой звездной среды? За последние годы ученые узнали много нового о том, как ведут себя звезды, о характеристиках экзопланет и о том, как они переплетаются.
«Открытие многочисленных внесолнечных планет выявило разнообразный набор звездных и планетарных характеристик, что сделало систематические сравнения критически важными для оценки обитаемости и потенциала жизни за пределами нашей Солнечной системы», — пишут авторы.
Чтобы провести необходимые систематические сравнения, исследователи разработали две метрики: индекс солнечного сходства (SSI) и индекс сходства соседей (NSI). Поскольку звезды главной последовательности, такие как наше Солнце, способствуют обитаемости, SSI сравнивает свойства нашей Солнечной системы со свойствами других ГЗ. NSI сравнивает свойства звезд в области размером 10 парсеков вокруг Солнца с областью того же размера вокруг других HZS.
Эти индексы ставят обитаемые зоны в более широкий контекст.
«Хотя концепция HZ жизненно важна для поиска обитаемых миров, звездная среда планеты также играет важную роль в определении продолжительности жизни и поддержания обитаемости», — пишут авторы. «Исследования показали, что высокая частота катастрофических событий, таких как вспышки сверхновых и близкие столкновения звезд в регионах с высокой звездной плотностью, не способствует эволюции сложных форм жизни и поддержанию обитаемости в течение длительных периодов времени».
Когда радиация и частицы высокой энергии из удаленного источника достигают планеты в обитаемой зоне, они могут нанести серьезный ущерб планетам земного типа. Сверхновые являются опасным источником радиации и частиц, и если бы одна из них взорвалась достаточно близко к Земле, это стало бы концом жизни. Учёные знают, что древние сверхновые оставили свой след на Земле, но ни одна из них не подошла настолько близко, чтобы разрушить атмосферу.
«Наша основная задача — исследовать влияние сверхновых на атмосферы экзопланет или экзолун, предполагая, что их атмосфера подобна земной», — пишут авторы.
Первый фактор – это звездная плотность. Чем больше звезд в окрестностях, тем выше вероятность взрывов сверхновых и пролетов звезд.
«Астрофизические воздействия звездной среды — это сценарий «малой вероятности, с высокими последствиями».
для продолжения обитаемости экзопланет», — пишут авторы. Хотя разрушительные события, такие как взрывы сверхновых или близкие пролеты звезд, маловероятны, последствия могут быть настолько серьезными, что обитаемость будет полностью устранена.
Когда дело дошло до угрозы сверхновых, исследователи посмотрели на звезды большой массы в звездных окрестностях, поскольку взрываются только массивные звезды. Пайн и ее коллеги обнаружили звезды с большой массой более восьми солнечных масс в окрестностях двух HZS размером 10 парсек: TOI-1227 и HD 48265. «Эти звезды с большой массой являются потенциальными прародителями взрывов сверхновых», — объясняют авторы.
Только один из HZS рискует пролететь мимо звезды. Частота встреч HD 165155 составляет ?1 за период 5 млрд лет. Это означает, что он подвергается большему риску встречи с другой звездой, которая может выбросить планеты из ее обитаемой зоны.
Пара индексов команды, SSI и NSI, дала разные результаты. «… мы обнаружили, что звездное окружение большинства HZS демонстрирует высокую степень сходства (NSI> 0,75) с окрестностями Солнца», — объясняют они. Однако из-за большого разнообразия звезд в HZS сравнение их с Солнцем приводит к широкому диапазону значений SSI.
Мы знаем, какую опасность представляют для обитаемости взрывы сверхновых. Первоначальный всплеск радиации может уничтожить все, что находится на поверхности планеты, находящейся слишком близко. Продолжающееся излучение может разрушить атмосферы некоторых более удаленных планет, а также может вызвать повреждение ДНК у любых форм жизни, подвергшихся его воздействию. На планетах, находящихся дальше от взрыва, сверхновая может изменить климат и спровоцировать вымирание. Не существует абсолютно точного понимания того, как далеко должна находиться планета, чтобы избежать разрушения, но многие учёные говорят, что в радиусе 50 световых лет планета, скорее всего, будет сожжена.
Мы можем видеть результаты некоторых звездных пролетов, которые рассматривают авторы. Планеты-изгои, или свободно плавающие планеты (FPP), вероятно, оказались в несчастном положении именно потому, что звездный нарушитель подошел слишком близко к их HZS и нарушил гравитационные связи между планетами и их звездами. Мы не знаем, сколько таких FPP находится в Млечном Пути, но их может быть много миллиардов. Будущие телескопы, такие как Римский космический телескоп Нэнси Грейс, помогут нам понять, сколько их на самом деле.
Пригодность для жизни может быть мимолетной, и наша планета может быть исключением. Возможно, на многих планетах в обитаемых зонах появится жизнь, но она не сможет существовать долго из-за различных факторов. На большом расстоянии мы не можем обнаружить все переменные, влияющие на обитаемость экзопланет.
Однако мы можем получить представление о звездной среде, в которой существуют потенциально обитаемые экзопланеты, и это исследование показывает нам, как это сделать.
