Када лове на потенцијално усељиве егзопланете, једна од најважнијих ствари коју астрономи траже је да ли кандидати за егзопланету орбитирају или не живе у зони становања своје звезде. Ово је неопходно да течна вода постоји на површини планете, а то је услов за живот какав знамо. Међутим, током откривања нових егзопланета, научници су постали свесни екстремног случаја познатог као "водени светови".
Водени свјетови су у основи планете које садрже до 50% воде у маси, што резултира површинским океанима који би могли бити дубоки стотинама километара. Према новој студији тима астрофизичара са Принцетона, Универзитета у Мичигену и Харварда, водени светови можда неће моћи дуго да се задржавају на својој води. Ова открића би могла бити од огромног значаја када је у питању лов на насељене планете у нашем врату космоса.
Ова најновија студија под називом „Дехидратација водених светова путем губитака атмосфере“ недавно је објављена у Астрофизичком часопису Леттерс. Водио Цхуанфеи Донг са Одељења за астрофизичке науке на Универзитету Принцетон, тим је спровео рачунарске симулације које су узеле у обзир каквим условима ће подлећи водени светови.
Ова студија је у великој мери мотивисана бројем открића егзопланета који се врше око звезданих система ниског масе, типа М (црвени патуљак). Откривено је да су ове планете по величини упоредиве са Земљом - што је указивало да су вероватно земаљске (тј. Стеновите). Поред тога, за многе од ових планета - попут Прокима б и три планете унутар система ТРАППИСТ-1 - било је у орбити око зоне за становање у звездама.
Међутим, каснија истраживања показала су да Прокима б и друге камене планете у орбити око звезда црвених патуљака у ствари могу бити водени светови. То се заснивало на масовним проценама добијеним астрономским истраживањима, и уграђеним претпоставкама да су такве планете стеновите природе и да немају масивну атмосферу. Истовремено, урађене су бројне студије које су поставиле сумњу у то да ли ће ове планете моћи да задрже своју воду или не.
У основи, све се своди на врсту звезде и орбиталне параметре планета. Иако су дуговечне звезде црвених патуљака познате по томе што су променљиве и нестабилне у поређењу с нашим Сунцем, што доводи до периодичних бљескова који би временом одузели атмосферу планете. Поврх тога, планете које се крећу у зони становања црвеног патуљака би вероватно биле затворене, што значи да ће једна страна планете бити стално изложена зрачењу звезде.
Због тога су научници фокусирани на одређивање колико добро би се егзопланете у различитим врстама звезданих система могле држати на њиховим атмосферама. Као што је др Донг рекао за Спаце Магазине путем е-маила:
„Поштено је рећи да се присуство атмосфере доживљава као један од услова становања планете. Имајући то у виду, концепт погодности за живот је сложен и укључује мноштво фактора. Стога, атмосфера сама по себи неће бити довољна да гарантује стамбеност, али може се сматрати важним састојком да планета може да живи. "
Да би тестирао да ли ће се водени свет моћи задржати у својој атмосфери или не, тим је извео рачунарске симулације које су узеле у обзир различите могуће сценарије. Они укључују ефекте звезданих магнетних поља, избацивање короналних маса, атмосферску јонизацију и избацивање за разне врсте звезда - укључујући звезде типа Г (попут нашег Сунца) и звезде М-типа (попут Прокима Центаури и ТРАППИСТ-1).
Узимајући у обзир ове ефекте, др Донг и његове колеге су израдили свеобухватни модел који је симулирао колико дуго ће егзопланета атмосфера трајати. Како је објаснио:
„Развили смо нови више-течни магнетнохидродинамички модел. Модел је симулирао и ионосферу и магнетосферу у целини. Због постојања диполског магнетног поља, звјездани вјетар не може директно збрисати атмосферу (попут Марса због одсуства глобалног диполног магнетног поља), умјесто тога, губитак атмосферских јона узроковао је поларни вјетар.
„Електрони су мање масивнији од својих матичних јона, и као резултат тога, лакше се убрзавају до и изван брзине бекства планете. Ово раздвајање набоја између бјежећих, електрона мале масе и значајно тежих, позитивно набијених јона, поставља поларизацијско електрично поље. То електрично поље заузврат делује тако да извлачи позитивно наелектрисане јоне иза изалазећих електрона из атмосфере у поларним капама. "
Открили су да су њихове рачунарске симулације биле у складу са тренутним системом Земља-Сунце. Међутим, у неким екстремним могућностима - попут егзопланета око звезда типа М - ситуација је врло различита и стопе бекства могу бити хиљаде пута веће или веће. Резултат тога значи да би чак и водени свет, ако орбитира око црвене патуљасте звезде, могао изгубити атмосферу након отприлике једне гигаиеар-ове (Гир), милијарду година.
С обзиром на то да је за живот какав знамо знамо да је еволуирало око 4,5 милијарди година, милијарда година је релативно кратак оквир. У ствари, како је објаснио др Донг, ови резултати указују да би планете које орбитирају око звезда М било тешко притиснути за развој живота:
„Наши резултати показују да ће океанске планете (орбите око звезде сличне Сунцу) задржати атмосферу много дуже од временског распона Гир-а, јер су стопе излаза иона далеко прениске, па омогућава дуже трајање живота на овим планетама и развијају се сложеност. Супротно томе, за егзопланете који окружују М-патуљце, могли би им океанци осиромашити преко временског распона Гир због интензивнијег окружења честица и зрачења које егзопланете доживљавају у зонама блиског становања. Ако би се атмосфера истрошила у року мање од Гир-а, то би се могло показати проблематичним за настанак живота (абиогенеза) на планети. "
Опет, ови резултати доводе у питање потенцијалну погодност система црвених патуљака. У прошлости су истраживачи указивали да их дуговечност звезда црвених патуљака, која могу остати у њиховом главном низу и до 10 билиона година или дуже, чини најбољим кандидатом за проналазак егзопланета који су погодни за живот. Међутим, изгледа да стабилност ових звезда и начин на који они вероватно уклањају планете њихове атмосфере говоре другачије.
Студије попут ове су стога веома значајне јер помажу у решавању колико дуго потенцијално усељива планета око звезде црвеног патуљака може остати потенцијално усељива. Донг назначено:
„С обзиром на важност атмосферских губитака за планетарно станиште, постојало је велико интересовање за употребу телескопа попут предстојећег свемирског телескопа Јамес Вебб (ЈВСТ) како би се утврдило да ли ове планете имају атмосферу, и ако јесу, какав је њихов састав . Очекује се да би ЈВСТ требало да буде у стању да карактерише ове атмосфере (уколико постоје), али за квантитативно одређивање стопе евакуације потребан је много већи степен прецизности и можда неће бити изведив у блиској будућности. "
Студија је такође значајна што се тиче нашег разумевања Сунчевог система и његове еволуције. У једном тренутку, научници су схватили да су и Земља и Венера можда водени светови. Како су направили прелаз од веома воденастог до онога што данас јесу - у случају Венере, суво и паклено; а у случају да Земља има више континената је најважније питање.
У будућности се очекују детаљнија истраживања која би могла помоћи у расветљавању ових конкурентских теорија. Када се Јамес Вебб свемирски телескоп (ЈВСТ) постави у пролеће 2018. године, он ће користити своје моћне инфрацрвене могућности за проучавање планета око оближњих црвених патуљака, а Прокима б је један од њих. Оно што научимо о овој и другим далеким егзопланетима ићи ће далеки пут ка информисању нашег разумевања о томе како се развијао и наш соларни систем.
