A potenciálisan életképes egzoplanetek vadászatánál az egyik legfontosabb dolog, amit az csillagászok arra keresnek, hogy az exoplanet jelöltek keringnek-e csillag lakóövezetében vagy sem. Ez szükséges ahhoz, hogy a folyékony víz létezzen a bolygó felszínén, ami viszont az élet előfeltétele, ahogy azt tudjuk. Azonban az új exoplanetek felfedezése során a tudósok felismerték egy „szélsőséges esetet, amelyet a„ vízvilágok ”néven ismertek.
A vízvilágok lényegében olyan bolygók, amelyek tömegének akár 50% -a víz lehet, és több száz kilométer mélységű felszíni óceánokat eredményez. A Princeton, a Michigan Egyetem és a Harvard asztrofizikusok csoportjának egy új tanulmánya szerint a vízi világok sokáig nem képesek felfüggeszteni vízükön. Ezeknek az eredményeknek óriási jelentőséggel bírhatnak a kozmosz nyakán lévő lakható bolygók vadászata.
Ez a legutóbbi, a „Vízvilágok kiszáradása légköri veszteségekkel” című tanulmány a közelmúltban jelent meg az The Astrophysical Journal Letters-ben. Chuanfei Dong vezetésével, a Princetoni Egyetem asztrofizikai tudományi tanszékéből, a csoport számítógépes szimulációkat folytatott, amelyek figyelembe vették, hogy a vízvilágok milyen feltételeknek lennének kitéve.
Ezt a tanulmányt nagymértékben az az motiváció motiválta, hogy az utóbbi években számos exoplanet-felfedezést hajtottak végre az alacsony tömegű, M-típusú (vörös törpe) csillagrendszerek körül. Megállapítottuk, hogy ezek a bolygók méretükben összehasonlíthatók a Földdel - ami azt jelezte, hogy valószínűleg földi (vagyis sziklás). Ezen felül sok ilyen bolygóról - például a Proxima b-ről és a TRAPPIST-1 rendszerben lévő három bolygóról - kiderült, hogy a csillagok lakható zónáin keringnek.
A későbbi tanulmányok azonban azt mutatták, hogy a Proxima b és más vörös törp csillagokat keringő sziklás bolygók valójában vízvilágok lehetnek. Ennek alapját a csillagászati felmérésekből származó tömegbecslések és a beépített feltételezések képezték, amelyek szerint az ilyen bolygók sziklás jellegűek, és nem voltak hatalmas légkörük. Ugyanakkor számos tanulmány készült, amelyek megkérdőjelezték, hogy ezek a bolygók képesek-e megbirkózni a vízükön.
Alapvetően ez a csillag típusától és a bolygók pályájának paramétereitől függ. Míg a hosszú életű, a vörös törpe csillagok ismertek, hogy változóak és instabilok a Napunkhoz képest, ami időszakos fáklyákat eredményez, amelyek idővel megsemmisítik a bolygó légkörét. Ráadásul a vörös törpe lakóövezetében keringő bolygók valószínűleg árapály-zárral vannak ellátva, vagyis a bolygó egyik oldalát állandóan ki vannak téve a csillag sugárzásának.
Emiatt a tudósok arra összpontosítanak, hogy meghatározzák, mennyire tudják megtartani a különféle csillagrendszerek exoplanetjai a légkört. Ahogy Dr. Dong e-mailben mondta a Space Magazine-nak:
„Igaz azt mondani, hogy a légkör jelenlétét a bolygó életképességének egyik követelményének tekintik. Ennek ellenére a lakhatóság fogalma összetett, számtalan tényezővel együtt. Így egy légkör önmagában nem lesz elegendő a tartózkodás garantálásához, hanem fontos összetevőnek tekinthető a bolygó lakhatósága szempontjából. ”
Annak tesztelésére, hogy a vízvilág képes-e megtartani a légkörét, a csoport számítógépes szimulációkat készített, amelyek számos lehetséges forgatókönyvet figyelembe vettek. Ezek magukban foglalják a csillagok mágneses tereinek, a koronális tömeg-kidobásoknak, valamint a légköri ionizációnak és az emissziónak a különféle csillagtípusokat - ideértve a G-típusú csillagokat (mint a mi Nap) és az M-típusú csillagokat (mint például a Proxima Centauri és a TRAPPIST-1).
Ezeknek a hatásoknak a figyelembevételével Dr. Dong és kollégái átfogó modellt állítottak elő, amely szimulálta az exoplanet légkörének meddig tartó élettartamát. Ahogy elmagyarázta:
„Kidolgoztunk egy új többfolyadékos mágneses hidrodinamikai modellt. A modell az ionoszférát és az egész magnetoszférát is szimulálta. A dipólos mágneses mező megléte miatt a csillagszél nem képes közvetlenül elmosni a légkört (mint a Mars a globális dipólusmágneses mező hiánya miatt), hanem a légköri ionveszteséget a sarki szél okozta.
„Az elektronok kevésbé tömegesek, mint a szülőionjaik, és ennélfogva könnyebben gyorsulnak fel a bolygó menekülési sebességén és azon túl. A kisülő tömegű elektronok és a jelentősen nehezebb, pozitív töltésű ionok közötti töltéseloszlás polarizációs elektromos mezőt hoz létre. Ez az elektromos mező viszont úgy hat, hogy a pozitív töltésű ionokat a menekülő elektronok mögött húzza ki a poláris sapkák atmoszférájából. "
Azt találták, hogy számítógépes szimulációik összhangban voltak a jelenlegi Föld-Nap rendszerrel. Bizonyos szélsőséges lehetőségekben - például az M-típusú csillagok környékén lévõ exlétákban - a helyzet nagyon különbözik, és a menekülési arány ezer-szer nagyobb lehet. Az eredmény azt jelenti, hogy még egy vízvilág is, ha egy vörös törpe csillagot kering, körülbelül egy milliárd év gigayear (Gyr) után elveszítheti a légkörét.
Tekintettel arra, hogy az élet, amint tudjuk, körülbelül 4,5 milliárd évre telt szükségessé, az egy milliárd év viszonylag rövid ablak. Valójában, amint azt Dr. Dong kifejtette, ezek az eredmények azt jelzik, hogy az M-típusú csillagokat keringő bolygók erősen nyomódnak az élet kialakulásához:
"Eredményeink azt mutatják, hogy az óceán bolygók (amelyek egy Napszerű csillagot keringnek) sokkal hosszabb ideig tartják fenn a légkörüket, mint a Gyr-ütemterv, mivel az ionok menekülési sebessége túlságosan alacsony, ezért hosszabb élettartamot enged meg az ezeken a bolygókon. és fejlődik a komplexitás szempontjából. Ezzel szemben az M-törpék körül keringő exoplanetek esetén óceánjaik kimerülhetnek a Gyr-idõtartam alatt, az intenzívebb részecske- és sugárzási környezet miatt, amelyet az exoplanetek a közeli lakható övezetekben tapasztalnak. Ha a légkört Gyr-nél kevesebb idő alatt elmerülnék, akkor ez problémát jelenthet az élet eredete (abiogenezis) szempontjából a bolygón. ”
Ezek az eredmények megint megkérdőjelezik a vörös törpe csillagrendszerek lehetséges alkalmazhatóságát. A múltban a kutatók jelezték, hogy a vörös törpe csillagok élettartama, amely fő sorrendjében akár 10 trillió évet vagy annál tovább is megmaradhat, a legjobb jelöltet teszi életképes egzoplanetek keresésére. Ezeknek a csillagoknak a stabilitása és az a mód, amellyel valószínűleg eltávolítják a légkörük bolygóit, másképp jelzi.
Ezért az ilyen tanulmányok rendkívül jelentősek abban, hogy segítenek annak meghatározásában, hogy egy vörös törpe csillag körül potenciálisan életképes bolygó mennyire maradhat potenciálisan életképessé. Dong jelölve:
„Tekintettel a légköri veszteség fontosságára a bolygók életképességében, nagy érdeklődés merült fel a közelgő James Webb Űrtávcső (JWST), például a közelgő James Webb Űrtávcső (telespace) használatával annak meghatározására, hogy vannak-e ezeknek a bolygóknak a légköre, és ha igen, milyen összetételük van . Várható, hogy a JWST-nek képesnek kell lennie ezeknek a légköröknek a jellemzésére (ha vannak), de a menekülési arányok pontos számszerűsítése sokkal nagyobb pontosságot igényel, és a közeljövőben valószínűleg nem valósítható meg. ”
A tanulmány a Naprendszer és annak fejlődésének megértése szempontjából is jelentős. A tudósok egy időben azt merítették fel, hogy mind a Föld, mind a Vénusz lehet vízvilág. Hogyan változtattak meg az átmenet a nagyon vizes állapotból a mai állapotba - a Vénusz esetében száraz és pokolias; és a Föld esetében, ahol több kontinens van - egy nagyon fontos kérdés.
A jövőben részletesebb felmérésekre számítanak, amelyek megvilágíthatják ezeket a versengő elméleteket. Amikor a James Webb űrteleszkópot (JWST) 2018 tavaszán telepítik, akkor az erőteljes infravörös képességeivel felfedezi a közeli vörös törpék körüli bolygókat, ezek közül a Proxima b is. Amit megtudhatunk erről és más távoli exoplanetekről, messze megyünk annak megértésében, hogy megértsük, hogyan fejlődik a saját Naprendszerünk.
