21.01.2026. - Как понять, обитаемы ли экзопланеты

Как понять, обитаемы ли экзопланеты

Один из главных вопросов в науке об экзопланетах касается M-карликов (красных карликов) и обитаемости экзопланет, которые вращаются вокруг них. Эти звезды известны своими частыми и энергичными вспышками, и это является проблемой. M-карлики настолько малы, что их обитаемые зоны находятся в непосредственной близости от них, что ставит любые потенциально обитаемые планеты на прямую линию огня всех этих опасных вспышек.

Астрономы пытаются разобраться в этом вопросе, но однозначного согласия нет. Этот вопрос важен, поскольку до 70% звезд в Млечном Пути являются красными карликами, и известно, что у них есть скалистые планеты. Некоторые исследования показывают, что планеты размером с Землю являются наиболее распространенным типом планет, вращающихся вокруг этих звезд.

Однако красные карлики - не единственные звезды, которые вспыхивают. Солнцеподобные звезды тоже вспыхивают, и это известно всем, кто следит за новостями астрономии.

Наша нынешняя эпоха характеризуется развитием все более мощных и совершенных телескопов, как в космосе, так и здесь, на земле. Изучение обитаемости экзопланет является движущей силой большинства, если не всех из них. Некоторые телескопы разрабатываются исключительно для поиска и изучения потенциально обитаемых экзопланет. Космический телескоп ЕКА PLATO, который должен быть запущен в этом году, будет обнаруживать и характеризовать скалистые экзопланеты в обитаемых зонах.

Но наряду с более обширной выборкой и лучшими знаниями об экзопланетах астрономам также необходимо лучше понимать вспышки звезд и, в частности, вспышки М-карликов. В новом техническом документе, представленном в рамках инициативы ESO "Расширяем горизонты", описывается, как исследователи могут лучше понять природу вспышек. Она называется "Обитаемость экзопланет, вращающихся вокруг пылающих звезд". Первый автор - Ребекка Сабо из Астрономического института Чешской академии наук, и она доступна на сервере препринтов arXiv.

На заре исследований экзопланет астрономы обнаружили множество похожих на Землю экзопланет в обитаемых зонах звезд. Первоначально их привлекли М-карлики, на которых расположены планеты такого типа, потому что они эволюционируют медленнее, что означает, что у них более стабильные и долгоживущие обитаемые зоны. Со временем стало ясно, что эти звезды характеризуются интенсивными вспышками и выбросами корональной массы. Это проблема, поскольку на них расположено очень много известных потенциально обитаемых экзопланет.

"По состоянию на конец 2025 года существует около 70 экзопланет, которые отвечают формальному критерию наличия равновесных температур, допускающих наличие жидкой воды, и около 50 из них вращаются вокруг М-звезд, известных своей сильной хромосферной активностью", - пишут авторы. Сильная хромосферная активность включает вспышки и выбросы корональной массы (КВМ), которые могут разрушать атмосферу, необходимую для жизни.

"Выделение энергии во время типичной вспышки всегда сопровождается выбросом сверхвысокочастотного и рентгеновского электромагнитного излучения, которое обычно также сопровождается выбросом горячей солнечной плазмы, заключенной в магнитном поле, - выбросом корональной массы", — объясняют они.

Хотя Солнце испускает вспышки и КВМ, его активность относительно невелика по сравнению с некоторыми звездами. Некоторые звезды испускают сверхвспышки, которые определяются как вспышки с энергией в 10 раз большей, чем у самых мощных солнечных вспышек. Известно, что красные карлики испускают их чаще, чем другие звезды, хотя некоторые солнцеподобные звезды (G-типа) наблюдали их излучение. (Солнце никогда не испускало их).

"Влияние звездной активности на окружающую среду планет и потенциальную возможность возникновения жизни требует точных оценок энергии вспышек", - пишут авторы. "Излучение и выбросы частиц оказывают глубокое влияние на атмосферу планет". Исследования, проведенные в 2019 году, показывают, что вспышки высокой энергии, которые происходят по крайней мере раз в месяц, могут разрушить озоновый слой планеты. Без озонового слоя поверхность подвергается воздействию ультрафиолетового излучения звезды, что может привести к ее полной стерилизации.

Астрономы могут изучать солнечную активность в мельчайших деталях. На самом деле, в настоящее время существует несколько миссий, полностью посвященных ее изучению, таких как Parker Solar Probe и Solar Dynamics Observatory. "С другой стороны, спектроскопическая информация о вспышках на звездах, отличных от Солнца, скудна", - пишут авторы.

Звездные вспышки - явление сложное, и без их лучшего понимания проблема обитаемости экзопланет остается нерешенной. Остаются нерешенными вопросы о частоте вспышек, их происхождении, эволюции с течением времени и спектре излучения от вспышек. Эти вопросы затрагивают две основные проблемы.

По словам авторов, исследователям нужна более четкая картина распределения мощности и частоты вспышек по типу и возрасту звезд. Это можно получить, наблюдая за большим количеством звезд с течением времени.

Исследователям также необходимо лучше понять опасность, которую представляют звездные вспышки для сложной жизни. "Это исследование выиграет от сотрудничества с биологами, работающими с экстремофилами", - объясняют авторы, отмечая при этом, что трудно предсказать, каким будет состояние этих знаний через 10-15 лет и какие вопросы необходимо будет задать.

Чтобы продвинуться в изучении звездных вспышек, авторы подробно описывают тип необходимого телескопа и тип необходимых наблюдений. Они указывают на китайский телескоп Wide Field Survey Telescope как на способ продвижения вперед. WFST - это 2,5-метровый телескоп, который проводит исследования таких объектов, как сверхновые, во временной области на нескольких длинах волн.

Авторы объясняют, что необходим комплекс, сочетающий в себе два вида деятельности. Одним из них является "непрерывный мониторинг с высокой частотой тщательно отобранных звезд позднего типа, охватывающий интересующее пространство параметров", а другой состоит из последующих наблюдений за звездами, которые демонстрируют вспышки во время контрольных наблюдений.

Для достижения этой цели к предлагаемому ими телескопу предъявляется ряд требований. К ним относятся основное зеркало размером более 4 метров и широкое поле зрения от 1 до 3 градусов. Также требуется высокая степень мультиплексии, что означает, что он может одновременно наблюдать за несколькими объектами. Авторы предполагают, что телескоп оснащен 30 000 оптическими волокнами, что позволит ему получать спектры многих звезд одновременно. Такой тип мультиплексирования может значительно увеличить скорость и объем съемки.

Проблема звездных вспышек и обитаемости - это нечто большее, чем разрушение атмосфер. Исследования показывают, что для образования биотических соединений также требуется некоторое количество ультрафиолетового излучения. Исследование, проведенное в 2018 году, показало, что "мы можем связать химию пребиотиков с ультрафиолетовым спектром звезд, чтобы определить, могут ли эти реакции происходить на каменистых планетах вокруг других звезд". Вспышки звезд могут обеспечить накопление ультрафиолетового излучения, необходимого для образования биотических соединений, но слишком большое количество ультрафиолетового излучения может оказаться непомерно высоким.

В настоящее время нам известно лишь о нескольких десятках экзопланет, которые могут обладать подходящими условиями для жизни. Но для лучшего понимания этих явлений необходимо разобраться в факельных вспышках. Исследуя огромное количество звезд и их вспышечную активность, этот будущий телескоп должен выйти из тупика, касающегося обитаемости и звездных вспышек.

"Чтобы ответить на вопрос, могут ли такие звезды содержать пригодные для жизни планеты, требуется всестороннее исследование, сосредоточенное на свойствах вспыхивающих экзопланет-хозяев и их активности, в гораздо большем масштабе, чем эти несколько десятков (которые вскоре станут сотнями) звезд с обитаемыми планетами", - объясняют авторы. "Предлагаемый широкоугольный обзорный телескоп хорошо подходит для этого исследования", - заключают они.

Источник