Красные карлики могут оказаться более дружелюбными к жизни, чем мы думали

Красные карлики — самый распространенный вид звезд в нашем районе галактики и, вероятно, во всем Млечном Пути. Из-за этого многие из обнаруженных нами экзопланет земного типа и потенциально поддерживающих жизнь экзопланет находятся на орбите возле красных карликов. Проблема в том, что красные карлики могут демонстрировать интенсивные вспышки, гораздо более энергичные, чем наше относительно спокойное Солнце.

Большая часть жизни на Земле и, вероятно, в других мирах, для выживания полагается на звездную энергию. Солнце было двигателем жизни на Земле с момента появления первых клеток и простейших организмов. Но иногда, как и все звезды, Солнце действует и испускает вспышки.

Иногда оно испускает чрезвычайно мощные вспышки. Мощная магнитная энергия в атмосфере Солнца становится нестабильной, и выделяется огромное количество энергии. Если она направлена к Земле, это может вызвать проблемы. Вспышка может привести к сбоям в радиосвязи и даже отключению электричества.

Но с точки зрения активности Солнце относительно слабое по сравнению с другими звездами. Некоторые звезды, особенно красные карлики, могут часто и сильно вспыхивать. Группа исследователей изучила, как такая активность влияет на атмосферу и потенциал жизни на планетах земного типа, вращающихся вокруг маломассивных звезд, включая звезды M-типа, звезды K-типа и звезды G-типа.

Новое исследование называется «Сохранение химического состава атмосферы, вызванного вспышками, в обитаемых скалистых мирах». Статья опубликована в журнале Nature Astronomy.

«Наше Солнце больше похоже на спокойного гиганта», — сказала Эллисон Янгблад, астроном из Университета Колорадо в Боулдере и соавтор исследования.

«Оно старше и не так активно, как молодые и меньшие звезды. Земля также имеет сильное магнитное поле, которое отклоняет разрушительные ветры Солнца».

Это помогает объяснить, почему Земля действительно «изобилует жизнью», как Карл Саган описал нашу планету. Но для планет, вращающихся вокруг маломассивных звезд, таких как красные карлики (M-карлики), ситуация совсем иная.

Мы знаем, что солнечные вспышки и связанные с ними выбросы корональной массы могут серьезно подорвать перспективы жизни на незащищенных экзопланетах. Авторы пишут, что « активность, которая включает звездные вспышки, выбросы корональной массы (CME) и звездные протонные события (SPE), — оказывает глубокое влияние на обитаемость планеты, в первую очередь через влияние на атмосферный озон.»

Отдельные вспышки здесь и там со временем не имеют большого эффекта. Но многие красные карлики показывают более частые и продолжительные вспышки.

«Мы сравнили химический состав атмосферы планет, испытывающих частые вспышки, с планетами, не испытывающими вспышек. Долгосрочная химия атмосферы сильно отличается», — сказал в пресс-релизе первый автор исследования Говард Чен из Northwestern.

«Непрерывные вспышки фактически приводят состав атмосферы планеты к новому химическому равновесию».

Одна из вещей, на которую обращала внимание команда ученых, — это озон и эффект, который на него оказывают вспышки. Здесь, на Земле, озоновый слой защищает нас от ультрафиолетового излучения Солнца. Но чрезмерная активность красных карликов может разрушить озон в атмосфере планет, вращающихся рядом с ним.

Когда уровень озона падает, планета становится менее защищенной от ультрафиолетового излучения, исходящего от ее звезды. Мощное ультрафиолетовое излучение может уменьшить вероятность появления и существования жизни.

В своем исследовании ученые использовали модели, чтобы помочь понять вспышки и их влияние на атмосферу экзопланет. Они использовали данные о вспышках, полученные с помощью телескопа NASA TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), и долгосрочные климатические данные экзопланет из других исследований. Они обнаружили несколько случаев, когда озон сохранялся, несмотря на сжигание.

«Мы обнаружили, что звездные вспышки не исключают существования жизни», — добавил Дэниел Хортон, старший автор исследования. «В некоторых случаях звездные вспышки не разрушает весь атмосферный озон. У жизни на поверхности все еще есть шанс на существование».

Планеты, которые имеют способность поддерживать жизнь, по крайней мере потенциально, могут оказаться в трудном положении. Они должны быть достаточно близко к своим звездам, чтобы вода не замерзла, но не слишком близко, чтобы не оказалось слишком жарко. Но этот «танец» с приближением может подвергнуть их воздействию мощных вспышек.

Красные карлики меньше и холоднее, чем наше Солнце, а это означает, что обитаемая зона для любых планет, вращающихся вокруг них, меньше и намного ближе к звезде, чем Земля к Солнцу. Это не только подвергает их воздействию вспышек, но и приводит к приливной блокировке планет к своим звездам.

Комбинация вспышек и блокировок может плохо сказаться на жизненных перспективах планет. Вращение Земли создает ее защитную магнитосферу, но планеты, повернутые к звезде только одной стороной, не могут ее создавать и в значительной степени не защищены от звездного УФ-излучения.

«Мы изучали планеты, вращающиеся в обитаемых зонах карликовых звезд M и K — наиболее распространенных звезд во Вселенной», — сказал Хортон.

«Обитаемые зоны вокруг этих звезд уже, потому что звезды меньше и менее мощны, чем звезды, подобные нашему Солнцу. С другой стороны, считается, что карликовые звезды M и K имеют более частую вспышечную активность, чем наше Солнце, и их приливно-отливные планеты вряд ли имеют магнитные поля, помогающие отклонять их звездные ветры».

У этого исследования есть и более положительная сторона. Ученые обнаружили, что звездная активность действительно может помочь поиску жизни.

Вспышки могут облегчить обнаружение некоторых газов, которые являются биомаркерами. В этом случае исследователи обнаружили, что энергия от вспышек может указывать на присутствие таких газов, как азотная кислота, диоксид азота и закись азота, которые могут быть индикаторами жизненных процессов.

«Явления космической погоды обычно рассматриваются как ущерб для обитаемости», — говорят астрономы.

«Но наше исследование количественно показало, что некоторая космическая погода действительно может помочь нам обнаружить признаки важных газов, которые могут указывать на биологические процессы».

Но только некоторые. В других случаях их работа показала, что вспышки могут разрушить потенциальные биосигнатуры бескислородной жизни.

Другой интересный результат этого исследования касается магнитосфер экзопланет. Ученые обнаружили, что мощные звездные вспышки могут помочь раскрыть природу и размеры магнитосферы.

«Говоря более умозрительно, протонные события во время супервспышек могут выявить существование магнитных полей планетарного масштаба, выделяя определенные регионы планеты. Идентифицируя отпечатки потоков, излучающих оксид азота или водорода во время магнитных бурь, можно определить геометрическую протяженность экзопланетных магнитосфер».

Другие недавние исследования показали, что экзопланеты, подверженные вспышкам, особенно возле красных карликов, не являются хорошим местом для поиска жизни. Подобная звездная деятельность слишком вредна для живых организмов. Но новое исследование показывает, что ситуация гораздо сложнее.

В целом оно говорит, что вспышка может помочь нам обнаружить биосигналы в некоторых случаях. Оно также показывает, что, хотя вспышки могут нарушить атмосферу экзопланет, во многих случаях она возвращается в свое нормальное состояние. Кроме того, звезды с низкой массой живут намного дольше, чем звезды, подобные нашему Солнцу, а это означает, что на их планетах есть больше времени для развития жизни.