Ближайшей экзопланете Проксиме b разрешили иметь океаны

Ученые из Марсельской астрофизической обсерватории рассчитали возможный состав и строение ближайшей к Земле экзопланеты Проксима b. Расчеты допускают существование на ее поверхности океана, однако пока, в отсутствие наблюдательных данных даже о радиусе планеты, они основаны на множестве произвольных допущений. Исследование принято к публикации в The Astrophysical Journal Letters, ее препринт выложен в базе arXive.org.

Проксима Центавра b вращается вокруг ближайшей к Земле звезды и в этом смысле является уникальной экзопланетой. Она была открыта в этом году с помощью спектрального метода, который подразумевает анализ периодического доплеровского смещения в излучении звезды. Это смещение происходит за счет «шатания» звезды под действием гравитации планеты вокруг их общего центра масс. Зная массу звезды, с помощью спектрального метода наблюдения можно получить массу экзопланеты и ее годовой период. Для Проксимы b они составили 1,27 (1,1–1,46) массы Земли и 11,2 земных суток соответственно.

Фактически, эти две цифры — пока что все наблюдательные данные, которые есть у ученых о ближайшей экзопланете, все остальные сведения являются их интерпретацией. Например, зная энергию излучения красного карлика Проксимы Центавра, можно рассчитать зону обитаемости этой звезды (диапазон орбит, где на поверхности планет возможно существование жидкой воды). В случае Проксимы b ее орбита (которую легко рассчитать, зная массу и период), действительно лежит в обитаемой зоне. С высокой вероятностью на Проксиме b должна быть и вода — об этом говорят современные знания о механизме формирования планет. Однако корректно оценить эту вероятность сложно, и прямых данных о существовании воды на экзопланете, конечно, пока нет.

Важнейшим параметром, который в случае Проксимы остается до сих пор неизвестным, является ее радиус. Дело в том, что спектральный метод не дает возможности его измерить. Это можно сделать при наблюдении транзита, когда планета проходит по диску звезды. Зная одновременно массу и радиус планеты, можно уже установить ее класс (каменистая это планета или газовый гигант) и приблизительно понять ее химический состав по аналогии с телами в Солнечной системе. Однако орбита Проксимы, судя по всему, сильно наклонена относительно луча зрения наблюдателя, из-за чего «поймать» ее транзит до сих пор не удалось. По существующим расчетам, геометрическая вероятность наблюдения транзита в случае Проксимы b составляет всего полтора процента. Поэтому пока для оценки состава планеты астрономам приходится прибегать к моделированию на основе сильных допущений.

В новой работе, принятой к публикации в The Astrophysical Journal Letters, эти допущения поняты максимально смело: авторы предполагают, что Проксима b относится к каменистым планетам земного типа и не сильно отличается от Земли по химическому составу (некоторые его параметры используются в моделировании). Из своей работы, основанной на модели расчета радиусов Сотина, авторы также выкинули случаи, в которых на планете присутствует очень плотная непрозрачная атмосфера, — «чтобы сфокусироваться только на тех планетах, на которых возможно возникновение жизни».

В результате ученые получили диапазон радиусов, подходящих под массу Проксимы при условии ее каменистой природы. Диапазон составил от 0,94 до 1,4 радиуса Земли в зависимости от элементного состава. Минимальный радиус подразумевает сценарий, когда 65 процентов массы планеты составляет железное металлическое ядро а оставшаяся масса приходится на силикаты мантии. Верхняя граница описывает планету, наполовину состоящую из силикатов и покрытую льдами, под которыми лежит глубокий океан. По словам астрофизиков, только один из рассмотренных ими четырех сценариев формирования планеты приводит к сценарию, где она оказывается почти сухой.

Несмотря на сильный характер использованных в модели допущений, работа все-таки может иметь научную ценность в том смысле, что она показывает важность более точных измерений химического состава самой звезды Проксима Центавра. Металличность звезды и соотношение концентраций элементов Mg/Si и Fe/Si в соответствии с моделью накладывают дополнительные ограничения на радиус Проксимы b. А значит, при невозможности наблюдения транзита эти данные могут быть косвенно использованы для расчета параметров планеты.

Александр Ершов