Экзопланета K2-18b может иметь подходящие условия для жизни

Астрономы обнаружили, что экзопланета, более чем в два раза превышающая размер Земли, потенциально пригодна для обитания, что открывает поиск жизни на планетах, значительно большим, чем Земля, но меньшим, чем Нептун.

Команда ученых из Кембриджского университета использовала данные о массе, радиусе и атмосфере экзопланеты K2-18b и определила, что планета может содержать жидкую воду в пригодных для обитания условиях в атмосфере, обогащенной водородом.

Экзопланета K2-18b, удаленная на 124 световых года от нас, в 2,6 раза больше радиуса и в 8,6 раз больше массы Земли и вращается вокруг своей звезды в обитаемой зоне, где температура может позволить жидкой воде существовать на поверхности.

Осенью 2019 года планета была предметом широкого освещения в СМИ, поскольку две разные группы исследователей сообщили об обнаружении водяного пара в атмосфере, обогащенной водородом. Тем не менее, состав, плотность атмосферы и внутренняя обстановка оставались неизвестными.

«Водяной пар был обнаружен в атмосфере ряда экзопланет, но даже если планета находится в обитаемой зоне, это не обязательно означает, что на поверхности существуют обитаемые условия», — говорят исследователи. «Чтобы установить перспективы обитаемости, важно получить единое понимание внутренних и атмосферных условий на планете, в частности, может ли жидкая вода существовать под атмосферой».

Учитывая большой размер K2-18b, было высказано предположение, что она будет больше похожа на уменьшенную версию Нептуна, чем на большую версию Земли. Ожидается, что «мини-Нептун» будет иметь значительную водородную «оболочку», окружающую слой воды под высоким давлением с внутренним ядром из камня и железа. Если водородная оболочка слишком толстая, температура и давление на поверхности слоя воды под ней будут слишком велики, чтобы поддерживать жизнь.

Теперь исследователи показали, что, несмотря на размер K2-18b, ее водородная оболочка не обязательно слишком толстая, и водный слой может иметь подходящие условия для поддержания жизни.

Они использовали существующие наблюдения атмосферы, а также массы и радиуса, чтобы определить состав и структуру атмосферы и условий на поверхности, используя подробные численные модели и статистические методы для объяснения данных.

Исследователи подтвердили, что атмосфера планеты богата водородом и содержит значительное количество водяного пара. Они также обнаружили, что уровни других химических веществ, таких как метан и аммиак, были ниже, чем ожидалось для такой атмосферы. Можно ли отнести эти уровни к биологическим процессам, еще неизвестно.

Затем ученые использовали атмосферные свойства в качестве граничных условий для моделей внутренних планет. Они исследовали широкий спектр моделей, которые могли бы объяснить свойства атмосферы, а также массу и радиус планеты. Это позволило им получить диапазон возможных условий на планете, в том числе протяженность водородной оболочки, а также температуры и давления в водном слое.

Исследователи обнаружили, что максимальный объем водородной оболочки, допускаемый известными данными, составляет около 6% массы планеты, хотя большинство сценариев требуют гораздо меньше. Минимальное количество водорода составляет около одной миллионной массы, аналогично массовой доле атмосферы Земли. В частности, ряд сценариев допускает существование на планете океанического мира с жидкой водой ниже уровня атмосферы при давлении и температуре, аналогичных тем, которые наблюдаются в океанах Земли.

Исследование открывает поиск пригодных для обитания условий и биосигнатур вне солнечной системы для экзопланет, которые значительно больше Земли, за пределами похожих на Землю экзопланет.

Кроме того, такие планеты, как K2-18b, более доступны для атмосферных наблюдений с помощью существующих и будущих инструментов наблюдений. Атмосферные ограничения, полученные в этом исследовании, могут быть уточнены с помощью будущих наблюдений на новых телескопах, таких, как космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST).

The interior and atmosphere of the habitable-zone exoplanet K2-18b, Astrophysical Journal Letters (2020). DOI: 10.3847/2041-8213/ab7229