|
Звездные угрозы влияют на обитаемую зону экзопланет
|
|
|
|
Когда мы думаем об экзопланетах, на которых может существовать жизнь, мы имеем в виду обитаемую зону. Обитаемая зона - это область вокруг звезды, где планеты получают достаточно звездной энергии, чтобы на поверхности была вода в жидком виде. Это несколько грубый, но полезный первый шаг при изучении тысяч экзопланет. Однако обитаемость - это гораздо больше, чем это.
|
|
|
|
В плотной звездной среде планетам, находящимся в обитаемых зонах, приходится бороться не только со своей звездой-хозяином. Полеты звезд и взрывы сверхновых могут вытолкнуть экзопланеты из обитаемой зоны за пределы солнечной системы и даже разрушить их атмосферу или сами планеты.
|
|
|
|
В новом исследовании рассматриваются угрозы, с которыми сталкиваются планеты обитаемой зоны в окрестностях нашей звезды. Исследование называется "10-процентное соседство экзопланетных систем обитаемой зоны: оценка угроз от столкновений со звездами и вспышек сверхновых" и было принято к публикации в Astronomical Journal. В настоящее время он размещен на сервере препринтов arXiv. Ведущим автором является Тисьягупта Пайн из Центра интегрированного научного образования и исследований при Университете Вишва-Бхарати в Индии.
|
|
|
|
Исследователи изучили области протяженностью 10 парсек вокруг 84 солнечных систем, в которых есть экзопланеты с обитаемыми зонами. Некоторые из этих систем с обитаемыми зонами сталкиваются с рисками, исходящими от звезд за пределами солнечной системы. Как эти риски влияют на их обитаемость?
|
|
|
|
|
|
|
Что это значит для нашего представления о зоне обитаемости?
|
|
|
|
"Известно, что из более чем 4500 звезд, содержащих экзопланеты, около 140 имеют планеты в своих зонах обитаемости", - пишут авторы. "Мы оцениваем возможные риски, которые местная звездная среда этих зон представляет для их обитаемости".
|
|
|
|
У нас есть более 150 подтвержденных экзопланет с обитаемыми зонами, и по мере развития науки об экзопланетах ученые все лучше понимают, что означает "обитаемая зона". Ученые все чаще используют термины "консервативная обитаемая зона" и "оптимистичная обитаемая зона".
|
|
|
|
Оптимистическая обитаемая зона определяется как регионы, которые получают меньше излучения от своей звезды, чем Венера получала 1 миллиард лет назад, и больше, чем Марс получал 3,8 миллиарда лет назад. Ученые полагают, что на поверхности Венеры (RV) и раннего Марса (EM), вероятно, была вода.
|
|
|
|
Консервативная обитаемая зона - это более строгое определение. Это более узкая область вокруг звезды, где на поверхности экзопланеты может быть вода. Он определяется внутренним краем парникового эффекта, где звездный поток испаряет поверхностную воду, и внешним краем максимального парникового эффекта, где парниковый эффект углекислого газа обусловлен рэлеевским рассеянием.
|
|
|
|
Это полезные научные определения. Но как насчет пригодной для жизни звездной среды? За последние годы ученые многое узнали о том, как ведут себя звезды, о характеристиках экзопланет и о том, как эти два явления взаимосвязаны.
|
|
|
|
"Открытие многочисленных внесолнечных планет выявило широкий спектр звездных и планетарных характеристик, что делает систематические сравнения крайне важными для оценки пригодности для жизни и потенциала для жизни за пределами нашей Солнечной системы", - пишут авторы.
|
|
|
|
Чтобы провести эти необходимые систематические сравнения, исследователи разработали два показателя: индекс подобия солнечной системы (SSI) и индекс подобия окрестностей (NSI). Поскольку звезды главной последовательности, подобные нашему солнцу, благоприятны для обитаемости, SSI сравнивает свойства нашей солнечной системы со свойствами других зон. NSI сравнивает свойства звезд в области, удаленной от Солнца на 10 парсек, с областями такого же размера вокруг других сверхвысоких звездных систем.
|
|
|
|
Эти показатели позволяют рассматривать обитаемые зоны в более широком контексте.
|
|
|
|
"Хотя концепция HZ жизненно важна при поиске пригодных для жизни миров, звездная среда планеты также играет важную роль в определении продолжительности жизни и поддержании пригодности для жизни", - пишут авторы. "Исследования показали, что высокая частота катастрофических событий, таких как вспышки сверхновых и близкие столкновения звезд в регионах с высокой плотностью звезд, не способствует эволюции сложных форм жизни и поддержанию пригодности для жизни в течение длительного времени".
|
|
|
|
Когда излучение и высокоэнергетические частицы от удаленного источника достигают планеты, находящейся в обитаемой зоне, они могут нанести серьезный ущерб планетам, похожим на Землю. Сверхновые - опасный источник излучения и частиц, и если бы одна из них взорвалась достаточно близко к Земле, это стало бы концом жизни. Ученые знают, что древние сверхновые оставили свой след на Земле, но ни одна из них не была достаточно близко, чтобы разрушить атмосферу.
|
|
|
|
"Наша основная цель - исследовать влияние SNe на атмосферы экзопланет или экзолун, предполагая, что их атмосферы похожи на земные", - пишут авторы.
|
|
|
|
Первым фактором является плотность звезд. Чем больше звезд по соседству, тем выше вероятность взрывов сверхновых и пролетов звезд.
|
|
|
|
"Астрофизическое воздействие звездной среды - это сценарий с "низкой вероятностью и высокими последствиями" для сохранения обитаемости экзопланет", - пишут авторы. Хотя разрушительные события, такие как взрывы сверхновых или сближение звезд, маловероятны, последствия могут быть настолько серьезными, что обитаемость на планете будет полностью исключена.
|
|
|
|
Когда дело дошло до угрозы появления сверхновых, исследователи обратили внимание на звезды с большой массой в окрестностях звезд, поскольку взрываются только массивные звезды. Пайн и ее коллеги обнаружили звезды с высокой массой, превышающей восемь масс Солнца, в окрестностях двух сверхзвуковых зон, расположенных на расстоянии 10 парсек: TOI-1227 и HD 48265.
|
|
|
|
"Эти звезды с большой массой являются потенциальными предшественниками взрывов сверхновых", - объясняют авторы.
|
|
|
|
Только одна из зон HZ подвержена риску столкновения со звездой. Частота столкновений HD 165155 составляет >1 за период в 5 млрд. лет. Это означает, что она подвержена большему риску столкновения с другой звездой, которая может вытолкнуть планеты из своей обитаемой зоны.
|
|
|
|
Пара индексов, рассчитанных командой, SSI и NSI, дала противоречивые результаты: "...мы обнаружили, что звездное окружение большинства зон HZS демонстрирует высокую степень сходства (NSI> 0,75) с окрестностями Солнца", - объясняют исследователи. Однако из-за большого разнообразия звезд в HZS сравнение их с Солнцем приводит к широкому диапазону значений SSI.
|
|
|
|
Мы знаем, какую опасность представляют взрывы сверхновых для обитаемости. Начальный выброс радиации может убить все, что находится на поверхности планеты слишком близко. Продолжающееся излучение может разрушить атмосферу на некоторых планетах, расположенных дальше, а также вызвать повреждение ДНК у любых форм жизни, подвергшихся его воздействию.
|
|
|
|
На планетах, которые находятся дальше от места взрыва, вспышка сверхновой может изменить климат и спровоцировать массовое вымирание. Нет абсолютно точного представления о том, как далеко должна находиться планета, чтобы избежать разрушения, но многие ученые говорят, что в пределах 50 световых лет планета, вероятно, будет уничтожена.
|
|
|
|
Мы можем видеть результаты некоторых полетов к звездам, которые рассматривают авторы. Планеты-изгои, или свободно плавающие планеты (FPP), скорее всего, оказались в безвыходном положении именно потому, что звездный нарушитель подобрался слишком близко к их звездным зонам и нарушил гравитационные взаимоотношения между планетами и их звездами.
|
|
|
|
Мы не знаем, сколько таких объектов в Млечном Пути, но их может быть много миллиардов. Телескопы будущего, такие как римский космический телескоп Нэнси Грейс, помогут нам понять, сколько их на самом деле.
|
|
|
|
Обитаемость может быть недолговечной, и наша планета может быть исключением. Возможно, что жизнь появляется на многих планетах в пригодных для жизни зонах, но не может сохраняться долго из-за различных факторов. Находясь на большом расстоянии, мы не можем определить 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.
|
|
|
|
Источник
|
