Есть ли в океанических мирах зоны, пригодные для жизни
Миры-гиганты также называют океаническими мирами. Это планеты, покрытые океанами, которые также имеют плотную водородную атмосферу. Подтвержденных миров-гигантов нет, но есть много кандидатов. Несмотря на то, что пока это только кандидаты, исследователям интересно, насколько они пригодны для жизни. В новом исследовании рассматривается роль приливного нагрева в их потенциальной пригодности для жизни.
Если планеты-гиганты действительно существуют, то они, вероятно, часто встречаются вокруг красных карликов (M-карликов). Красные карлики - самый распространенный тип звезд в галактике, и плотная водородная атмосфера планет-гигантов может защитить их от разрушительных вспышек, характерных для этих маленьких долгоживущих звезд. На планетах Хайса, возможно, больше пригодных для жизни зон из-за большого количества воды, но их водородная атмосфера может способствовать усилению парникового эффекта. Что касается обитаемости, то эти гипотетические миры интригуют и загадочны.
В новом исследовании, принятом к публикации в Astrophysical Journal, авторы утверждают, что для планет, близких к звездам с малой массой, приливный нагрев может быть важным фактором при определении их пригодных для жизни зон. Она называется "Приливы сужают обитаемую зону Гайса", и ее ведущим автором является Джозеф Ливси. Ливси работает на факультете астрономии и в Висконсинском центре исследований происхождения растений, оба в Университете Висконсин–Мэдисон. Он доступен на сервере препринтов arXiv.
Когда обнаруживается новая экзопланета, ученые и общественность в первую очередь хотят знать, находится ли она в обитаемой зоне звезды. Исследователи добились значительного прогресса в понимании того, какие зоны пригодны для жизни на каменистых планетах. "Во многих исследованиях были определены параметры обитаемой зоны (ГЦ) для экзопланет земного типа", - пишут авторы. "Точные границы ГЦ могут варьироваться в зависимости от ключевых характеристик, таких как тип звезды-хозяина, масса планеты, состав атмосферы и многое другое".
Но планеты Хайса сильно отличаются от планет земли. Они расположены ниже уровня Нептуна, в них много воды, а в атмосферах преобладает водород. Они необычны, и определение того, находятся ли они в пригодных для жизни зонах, требует иного подхода, чем в случае со скалистыми планетами.
В нашей Солнечной системе некоторые спутники газовых гигантов имеют замерзшую оболочку с жидкими океанами под ней. Они находятся слишком далеко, чтобы солнце могло их согреть. Именно приливные волны поддерживают их жидкие океаны. Поскольку такие спутники, как Европа и Энцелад, вращаются вокруг Юпитера и Сатурна, гораздо более крупные газовые гиганты притягивают их к себе, и они изгибаются в ответ. Это приводит к выделению тепла. Таким образом, приливные колебания создают пригодную для жизни зону, изолированную от солнца.
Поскольку ожидается, что многие миры хайса будут вращаться вокруг своих звезд близко друг к другу, может ли приливный нагрев изменить их пригодные для жизни зоны?
Исследователи говорят, что обитаемая зона Гайсея (HHZ), по сравнению с земной обитаемой зоной, может включать меньшие полуоси и даже простираться до несвязанных планетарных орбит. Почти полное отсутствие парниковых газов, кроме водорода, наряду с высоким альбедо позволяет приблизиться к звезде по орбите, в то время как внутреннее нагревание от радиогенных источников, высокое давление, слой жидкой воды и большие массы планет расширяют зону HHZ наружу.
Приливный нагрев создает еще один источник тепла, помимо звездного излучения. Планеты, вращающиеся по умеренно эксцентричным орбитам, испытывают приливное изгибание и нагрев, которые смещают HHZ наружу. Это создает меньшую частоту вращения, чем предыдущие оценки, основанные на звездном нагреве.
Умеренно эксцентричные орбиты являются обычным явлением. В нашей Солнечной системе есть массивные внешние планеты, которые смещают орбиты меньших планет в сторону эксцентриситета. Вероятно, они есть и во многих других солнечных системах, что означает, что они смещают орбиты меньших планет в сторону эксцентриситета.
"Эти внешние спутники действительно встречаются в планетных системах вокруг M карликов; было обнаружено, что частота встречаемости гигантов в таких системах составляет 10%, а частота встречаемости планет в диапазоне 10-100 миллионов лет составляет 20%", – пишут авторы.
На приведенном выше изображении показано, как приливный нагрев смещает HHZ вокруг звезд с малой массой. Однако большинство кандидатов на роль hycean вращаются вокруг более массивных звезд. Исследователи обнаружили, что влияние приливного нагрева на HHZ зависит от массы звезды. Они обнаружили, что вокруг более массивных звезд эффект приливного нагрева не столь выражен.
Это исследование показывает, что приливные колебания на океанических планетах смещают их пригодные для жизни зоны в сторону расширения. Этот эффект обусловлен наличием более массивной планеты-компаньона, которая может внести эксцентриситет в орбиту планеты хайс.
"Планеты-гиганты, вероятно, проявляют более сильную реакцию на приливы, чем обычные планеты земной группы", - объясняют исследователи. "Мы ожидаем, что приливы будут оказывать незначительное влияние на одинокую планету с такими малыми радиусами орбиты. Однако наличие большого внешнего спутника с умеренным эксцентриситетом вызовет цикл эксцентриситета, который периодически и бесконечно нагревает внутреннюю часть рассматриваемой планеты и раздвигает внутренние границы HHZ".
Хотя на данный момент миры Хайса являются лишь гипотетическими, их подтверждение не может быть слишком отдаленным. Ученые, изучающие экзопланеты, заинтригованы ими из-за их потенциальной пригодности для жизни. Их обширная атмосфера также делает их желанными объектами для атмосферной спектроскопии с помощью телескопов, подобных JWST. K2-18b является ярким примером их потенциала. Это планета-кандидат в геологи, которая неоднократно попадала в заголовки газет, когда астрономы находили признаки присутствия в ее атмосфере водяного пара, затем углекислого газа и метана, а затем потенциального биосигнала - диметилсульфида.
"Недавнее возможное обнаружение диметилсульфида (DMS) в атмосфере потенциальной экзопланеты hycean K2-18b может указывать на присутствие океанической жизни; единственным крупным источником DMS на Земле является фитопланктон", - пишут авторы.
Они отмечают, что на планетах с глубокими океанами океанские приливы выделяют значительное количество тепла, которое может быть использовано организмами. Это отличает их от Земли, где энергия приливов рассеивается. "Поэтому мы предполагаем, что сильные приливы на планетах гайсея могут стать важным источником энергии для жизни и в конечном итоге ускорить биологическую эволюцию", - объясняют они.
