Пыль в атмосфере экзопланет расширит обитаемую зону и скроет биомаркеры
Присутствие минеральной пыли в атмосфере землеподобной экзопланеты может оказать большое влияние на ее пригодность для жизни, сообщается в Nature Communications. На небесных телах, находящихся в приливном захвате, пыль, вероятно, будет охлаждать дневную сторону и согревать ночную, что должно значительно расширить обитаемую зону. С другой стороны, присутствие пыли в атмосфере может создать сложности при исследовании планет, так как она будет скрывать некоторые биомаркеры — вещества, указывающие на потенциальное присутствие живых организмов.
Обитаемой зоной называют область в космосе, которая наиболее благоприятна для существования известных нам форм жизни. Планета, орбита которой лежит внутри этой зоны, может содержать на своей поверхности жидкую воду — необходимый растворитель во многих биохимических реакциях. Поэтому границы обитаемой зоны рассчитываются, в первую очередь, на основе ключевых характеристик материнской звезды, таких как светимость и болометрическая звездная величина.
Ян Бутл (Ian A. Boutle) из Экстерского университета вместе с коллегами решил выяснить, как на потенциальную обитаемость экзопланет будет влиять присутствие пыли в атмосфере. В частности, астрономов интересовали каменистые планеты, которые вращаются у красных карликов, это самый распространенный тип звезд в Млечном Пути и многих других галактиках. Например, самая близкая к нам звезда Проксима Центавра и звезда Барнарда, расположенная в шести световых годах от Земли, классифицируются как красные карлики спектрального класса М.
Так как красные карлики — очень маленькие и тусклые звезды, их обитаемая зона расположена довольно близко и небесные тела в ней часто оказываются в приливном захвате, то есть всегда обращены одной стороной к звезде. Из-за этого дневная сторона планеты очень сильно разогревается, в то время как ночная, наоборот, оказывается холодной.
Авторы работы провели серию компьютерных симуляций, в которых рассмотрели две планеты в обитаемых зонах: находящегося в приливном захвате близнеца Проксимы b, вращающегося вокруг красного карлика, и «свободного» близнеца Земли, вращающегося вокруг желтого карлика. Изначально каждое из небесных тел было покрыто водой, но постепенно доля суши увеличивалась, что имитировало испарение океана.
Расчеты показали, что по мере высыхания воды в атмосферу планет будет попадать все большее количество минеральной пыли. На близнецах Проксимы b она будет сдерживать парниковый эффект, связанный с испарением воды, что переместит внутренний край обитаемой зоны ближе к родительской звезде. Кроме того, ее внешний край, как показывают симуляции, также будет расширяться. Это связано с тем, что на планетах в приливном захвате пыль сильные ветры будут переносить пыль с дневной стороны на ночную, где она будет охлаждаться, отдавая тепло окружающему пространству.
На похожих на Землю планетах подобного эффекта не наблюдалась. Как сообщается в исследовании, на небесных телах с несинхронным вращением минеральная пыль будет сдвигать и внешнюю, и внутреннюю границу обитаемой зоны ближе к звезде.
Чтобы определить, как будут выглядеть близнецы Проксимы b с минеральной пылью в атмосфере для телескопов, астрономы провели дополнительную симуляцию. Модельные спектры показали, что присутствие пыли может помешать обнаружению некоторых биомаркеров — в частности метана, озона и кислорода.
Несмотря на большое количество факторов, которые необходимо учитывать при оценке жизнепригодности планет, рассчитать зону обитаемости для звезд-одиночек довольно просто. Гораздо сложнее определить зону обитаемости у двойных светил. Так, астрономы недавно показали, что обитаемая зона в двойных системах может растянуться, если два светила подойдут близко друг к другу. Такое событие может произойти в результате сближения с другой, третьей звездой.
Кристина Уласович
Однако открытие еще предстоит подтвердить
Астрономы обнаружили кандидата во вспышку сверхновой типа Ia с двойной детонацией — им стала сверхновая SN 2022joj, обнаруженная в 2022 году. Предполагается, что детонация внешней тонкой гелиевой оболочки белого карлика повлекла за собой вторичную детонацию ядра. Препринт работы опубликован на сайте arXiv.org. Вспышки сверхновых типа Ia возникают, когда на белом карлике из-за превышения по массе предела Чандрасекара происходит термоядерный взрыв. Такая ситуация может возникнуть, когда белый карлик аккрецирует вещество звезды-компаньона в двойной системе или при слиянии двух белых карликов. В астрономии такие сверхновые играют важную роль, помогая определять расстояния до далеких галактик и выступая как источники большинства элементов группы железа (от титана до цинка), встречающихся во Вселенной. Группа астрономов во главе с Эстефанией Падильей Гонсалес (Estefania Padilla Gonzalez) из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре опубликовала результаты анализа данных фотометрических и спектроскопических наблюдений наземных и космических телескопов за необычной сверхновой SN 2022joj типа Ia, которая была обнаружена наземной системой телескопов ZTF 8 мая 2022 года. Галактикой-хозяином сверхновой стала небольшая карликовая галактика, расположенная на расстоянии 105,2 мегапарсек от Солнца. В отличие от других сверхновых типа Ia, SN 2022joj демонстрировала исключительно красный цвет, начиная с одиннадцатого дня вспышки и до момента достижения максимальной яркости, в дальнейшем поток излучения стал смещаться к синему концу спектра. Сравнение кривой блеска и спектров SN 2022joj с различными моделями сверхновых выявило хорошее согласование с моделью двойной детонации. В ней углеродно-кислородный белый карлик с массой до предела Чандрасекара накапливает вблизи своей поверхности гелий в достаточном количестве, чтобы в гелиевой оболочке произошла детонация, порождающая ударную волну, которая, в свою очередь, инициирует детонацию ядра карлика. Такая картина может иметь место для белых карликов, аккрецирующих вещество звезды-компаньона, или для случая слияния углеродно-кислородного белого карлика с маломассивным гелиевым белым карликом. В случае SN 2022joj данные наблюдений вписываются в модель двойной детонации с массой белого карлика околосолнечной массы, обладающего тонкой гелиевой оболочкой с массой 0,01-0,02 массы Солнца. Применимость модели толстой гелиевой оболочки (более 0,05 массы Солнца) оказалась хуже. Раннее покраснение вспышки в этом случае можно объяснить образованием элементов группы железа во внешней оболочке белого карлика. Однако идея о том, что SN 2022joj действительно можно отнести к сверхновой типа Ia с двойной детонацией, нуждается в дополнительном подтверждении новыми моделированиями, так как есть несоответствия. В частности, модели предсказывают яркие эмиссионные линии [Ca II] в спектре, в то время как в спектре SN 2022joj наблюдается сильное излучение [Fe III]. Ранее мы рассказывали о том, как сверхновая 1181 года вписалась в модель слияния двух белых карликов.
