Показана возможность существования жизни на экзопланетах с водородно-гелиевой атмосферой

Двое американских астрофизиков из Чикагского университета и Гавайского университета в Маноа рассмотрели возможность существования экзопланет с водородно-гелиевой атмосферой, попадающих в обитаемую зону (ОЗ) своих звёзд.

Эта зона определяется как область пространства, в которой на поверхности планеты, напоминающей Землю, может сохраняться вода в жидком состоянии. Обычно при вычислении размеров ОЗ атмосферу считают состоящей из Н₂О и СО₂. В случае Солнца границы «классической» ОЗ установлены на отметках в 0,95 и 2 а. е.; у менее ярких карликов спектрального класса М, которые занимают доминирующее положение в звёздной популяции, ОЗ оказывается ещё более узкой.

Бóльшая часть найденных экзопланет, по размерам сходных с Землёй, располагается за границей ОЗ, на совсем небольшом расстоянии от звезды. Закономерность объясняется очень просто: популярные методы поиска планет — транзитный и доплеровский — дают результаты, изначально смещённые в сторону тел с малым радиусом орбиты.

Менее распространённая методика гравитационного микролинзирования, напротив, подходит для обнаружения экзопланет на довольно широких орбитах. Микролинзирование уже помогло отыскать несколько планет, находящихся в 0,75–7 а. е. от своего светила, причём одна из них всего в три раза превосходит Землю по массе.

Эффективные температуры планет, найденных у звёзд класса М по микролинзированию, находятся ниже температуры конденсации всех газов, кроме Н₂ и Не. Заинтересовавшись этим, авторы решили оценить перспективы существования жизни в таких условиях.

Для того чтобы упростить задачу, астрофизики рассматривали чисто водородную атмосферу; добавление небольших объёмов гелия, по их словам, практически не влияет на результаты. Масса модельной планеты равнялась трём земным, а ускорение свободного падения на её поверхности было зафиксировано на уровне 17 м/с². Звезда, вокруг которой обращалась эта планета, могла принадлежать к классу М или более «горячему» классу G (наше Солнце, напомним, относится к типу G2V).

Сначала учёные рассчитали приповерхностное давление, при котором водород может служить парниковым газом и сохранять температуру на поверхности экзопланеты, равную 280 К. Результаты вычислений приведены на рисунке выше; как видно, при давлении в 40 бар (1 бар примерно соответствует одной физической атмосфере) планета получает возможность отойти на 1,5 а. е. от М-звезды и на 10 а. е. — от светила класса G. Столь плотная атмосфера, разумеется, будет сильно уменьшать долю звёздного света, достигающего поверхности экзопланеты, а это не понравится гипотетическим фотосинтезирующим организмам, которым требуется излучение в диапазоне 400–700 нм. Тем не менее на расстоянии в 10 а. е. от звезды класса G (M) микроорганизмы, аналогичные цианобактериям, получат минимально необходимый поток излучения, а аноксигенные фототрофные бактерии выживут и на бóльшем удалении от светила.

Завершая вычисления, американцы показали, что экзопланета теоретически может обзавестись атмосферой с таким параметрами и удерживать её.

Наиболее перспективным кандидатом на роль планеты с водородно-гелиевой атмосферой и жидкой водой на поверхности авторы считают найденный в 2005 году объект OGLE-2005-BLG-390Lb. Масса этой экзопланеты, обращающейся вокруг красного карлика на расстоянии в 2,6 а. е. от него, составляет 5,5 земной.

Полная версия отчёта будет опубликована в издании Astrophysical Journal Letters; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.

Подготовлено по материалам NewScientist.

Текст: Дмитрий Сафин