Пересечение двух зон: ученые выяснили, где именно искать жизнь у холодных звезд

Китайские исследователи обнаружили, что ультрафиолетовая зона обитаемости (UV-HZ) и зона жидкой воды (LW-HZ) могут перекрываться вокруг маломассивных звезд K- и M-типа. На основе моделей синтеза предшественников РНК ученые определили, что из девяти изученных экзопланет только три вращаются в пределах перекрывающейся области, что уточняет параметры поиска жизни за пределами Земли.

Традиционно астробиологи искали жизнь на экзопланетах у звезд, похожих на Солнце, то есть у звезд G-типа. Однако в последние годы фокус сместился в сторону менее массивных и более холодных звезд K-типа и M-типа. Главная причина этого сдвига заключается в их колоссальной продолжительности жизни: если Солнце проживет около 10 миллиардов лет, то звезды K-типа могут существовать от 15 до 70 миллиардов лет, а M-типа – от 100 миллиардов до 14 триллионов лет.

Столь долгое время дает больше шансов для возникновения и эволюции жизни. Но у этих звезд есть особенность: их обитаемая зона (ОЗ), где вода может существовать в жидком виде, находится гораздо ближе к звезде, чем в Солнечной системе. Эту классическую зону называют зоной обитаемости с жидкой водой (liquid water habitable zone, LW-HZ).

Параллельно существует и другой подход к определению обитаемости, основанный не на температуре, а на ультрафиолетовом излучении звезды. УФ-излучение необходимо для запуска фотохимических реакций, которые могут приводить к синтезу сложных органических молекул, включая предшественники РНК. Такую область называют ультрафиолетовой обитаемой зоной (UV-HZ). Ключевой вопрос заключается в том, перекрываются ли эти две зоны, и если да, то у каких звезд и планет это происходит.

Группа исследователей из Китая поставила перед собой задачу уточнить определение так называемой ультрафиолетовой зоны высокой интенсивности (UV-HZ), принимая во внимание повышенную вспышечную активность маломассивных звезд. Ученые использовали серию моделей и научных расчетов, чтобы оценить, как солнечные вспышки влияют на синтез предшественников РНК. Их целью было не только вычислить параметры UV-HZ с учетом этой активности, но и сравнить их с параметрами LW-HZ, чтобы понять, где эти зоны могут пересекаться. Исследование было опубликовано в журнале The Innovation.

Для проверки своих моделей команда отобрала девять подтвержденных экзопланет, вращающихся вокруг звезд K- и M-типа. В этот список вошли Kepler-1540 b и KOI-7703.01 (оба у звезд K-типа), KOI-8047.01, Kepler-155 c, KOI-5879.01, Kepler-1512 b, Kepler-438 b, KOI-7706.01 и KOI-8012.01. Большинство из этих планет считаются каменистыми, за исключением Kepler-1540 b, которая классифицируется как планета, подобная Нептуну.

Результаты исследования показали, что перекрытие ультрафиолетовой и длинноволновой (температурной) зон обитаемости возможно возле маломассивных звезд. Однако из девяти изученных экзопланет только три оказались внутри этой перекрывающейся области: KOI-8012.01, KOI-8047.01 и KOI-7703.01. Для трех других планет – Kepler-1540 b, Kepler-438 b и Kepler-155 c – авторы исследования отмечают, что необходимы дополнительные наблюдения, чтобы подтвердить пригодность их поверхностных температур для потенциальной обитаемости. Таким образом, простого нахождения в перекрывающейся зоне недостаточно: нужно еще и детально изучить климатические условия на каждой планете.

Важно подчеркнуть контекст этого открытия. Звезды M-типа (или красные карлики), к которым относится, например, знаменитая система TRAPPIST-1 с семью каменистыми мирами, составляют около 70% всех звезд в Млечном Пути. Три планеты в системе TRAPPIST-1 находятся в классической обитаемой зоне, но они, вероятно, приливно захвачены своей звездой и испытывают сильную звездную активность.

Поэтому их реальная обитаемость остается под вопросом. Новое исследование китайских ученых предлагает более тонкий инструмент отбора: оно показывает, что наиболее перспективными для поиска жизни следует считать не все планеты в LW-HZ или UV-HZ по отдельности, а те, которые попадают в область их пересечения. Это значительно сужает круг поиска и повышает шансы на успех.

В итоге исследователи установили, что одновременное нахождение экзопланеты в зоне жидкой воды и в ультрафиолетовой зоне обитаемости, уточненной с учетом вспышечной активности звезды, значительно повышает вероятность поддержания жизни. Из девяти изученных планет только три каменистых мира (KOI-8012.01, KOI-8047.01 и KOI-7703.01) удовлетворяют этим критериям, что дает астробиологам конкретные цели для будущих наблюдений.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях