Більша екзопланета може мати умови, що підходять для життя

Астрономи виявили, що екзопланета, яка більше ніж удвічі перевищує розмір Землі, потенційно життєпридатна, таким чином уможлививши пошук життя на планетах, значно більших за Землю, але менших за Нептун.

Про це розповідають в Кембриджському університеті.

Команда вчених з цього вишу використовувала дані про масу, радіус та атмосферу екзопланети K2-18b і визначила, що планета, під її багатою на водень атмосферою, може містити рідку воду в умовах, придатних для підтримування життя. Їх результати були опубліковані в The Astrophysical Journal Letters.

Екзопланета K2-18b знаходиться від нас на відстані 124 світлових років. Її радіус в 2,6 разів більший за радіус Землі, а маса більша у 8,6 разів. Вона обертається навколо своєї зірки в межах жилої зони, в якій температура може дозволити воді перебувати у рідкому стані. Планета стала об’єктом істотного висвітлення в ЗМІ восени 2019 року, коли дві команди вчених повідомили про виявлення водяного пару в її багатій воднем атмосфері. Однак, міра атмосфери та умови під нею залишалися невідомими.

«Водяну пару було виявлено в атмосферах низки екзопланет, але, навіть якщо планета перебуває в жилій зоні, це не обов'язково означає, що на поверхні існують життєпридатні умови», - сказав доктор Нікку Мадхусудхан з Кембриджського інституту астрономії, який керував новим дослідженням. «Щоби встановити перспективи життєпридатності, важливо отримати єдине розуміння внутрішніх та атмосферних умов на планеті, зокрема, чи може рідка вода існувати під атмосферою».

Враховуючи великий розмір K2-18b, було висловлено припущення, що вона буде більш схожа на меншу версію Нептуна, ніж на більшу версію Землі. Очікується, що «міні-Нептун» матиме істотну водневу «оболонку», що оточує шар води високого тиску, з внутрішнім ядром з гірської породи та заліза. Якщо воднева оболонка занадто товста, то температура і тиск на поверхні водяного шару, що знаходиться під нею, були б занадто великими для підтримування життя.

Тепер, Мадхусудхан та його команда показали, що, незважаючи на розмір K2-18b, її воднева оболонка не обов'язково є занадто товстою, і шар з водою може мати належні умови для підтримки життя. Вони взяли наявні спостереження за атмосферою, а також масою та радіусом для визначення складу та структури атмосфери з внутрішнім середовищем, використовуючи для пояснення цих даних детальні чисельні моделі та статистичні методи.

Дослідники підтвердили, що атмосфера багата на водень із значною кількістю водяної пари. Вони також виявили, що рівень інших хімічних речовин, таких як метан та аміак, є нижчим, ніж очікувалося для такої атмосфери. Залишається з’ясувати, чи можна ці рівні віднести до біологічних процесів.

Потім команда використала атмосферні властивості як граничні умови для моделей планетарного середовища. Вони дослідили широкий спектр моделей, які могли б пояснити атмосферні властивості, а також масу та радіус планети. Це дозволило їм отримати діапазон можливих умов в середовищі, включаючи міру водневої оболонки та температуру з тиском у шарі з водою.

«Ми хотіли дізнатися товщину водневої оболонки - наскільки глибоко проникає водень», - сказав співавтор Меттью Ніксон, аспірант Інституту астрономії. «Хоча це питання з кількома рішеннями, ми показали, що для пояснення всіх спостережень разом вам не потрібно багато водню».

Дослідники виявили, що максимальна міра водневої оболонки, що допускається даними, становить близько 6% маси планети, хоча більшість рішень потребують значно менше. Мінімальна кількість водню становить приблизно мільйонну частину маси, подібно до масової частки в земній атмосфері. Зокрема, низка сценаріїв допускають океанський світ з рідкою водою під атмосферою при тиску та температурі, подібних до тих, що є в океанах Землі.

Це дослідження відкриває можливість пошуку життєпридатних умов та біо-сигнатур за межами Сонячної системи для екзопланет, значно більших за Землю, окрім землеподібних екзопланет. Крім того, такі планети, як K2-18b, є більш доступними для атмосферних спостережень за допомогою існуючих та майбутніх спостережень. Атмосферні обмеження, отримані в цьому дослідженні, можна буде уточнити, використовуючи майбутні спостереження, отримані такими засобами, як космічний телескоп Джеймса Вебба.

Читайте ще цікаві новини про космос.