Вокруг красных карликов часто встречаются водянистые планеты, похожие на Землю

Вселенная, в которой мы живем, поистине огромна, и мы только начинаем ее исследовать. Космические телескопы, такие как Джеймс Уэбб, например, позволили нам заглянуть в космос глубже, чем когда-либо прежде. Но не только это, Джеймс Уэбб — невероятный инструмент, когда дело доходит до исследования нашей собственной галактики и даже Солнечной системы. В охоте на экзопланеты Джеймс Уэбб также является инструментом, который очень помогает астрономам.

На сегодняшний день мы нашли более 5000 далеких инопланетных миров в нашей галактике и более 8000 потенциальных экзопланет ждут открытия. Это число, вероятно, увеличится в четыре раза в следующем десятилетии, поскольку мы столкнемся с новыми инопланетными мирами. Но сколько из этих далеких планет пригодны для жизни и сколько из этих миров похожи на нашу планету? Сколько планет вращается вокруг звезд, которые обеспечивают питательную космическую среду для вращающихся вокруг них миров, и на что похожи эти звезды? Так много вопросов, такая огромная вселенная и так мало ответов. Но мы приближаемся к этому.

Земноподобные миры

Открытие пригодных для жизни планет, таких как Земля, является недавней тенденцией в исследовании экзопланет. Миссии, нацеленные на более холодные звезды, чем Солнце, составляют основную часть недавних миссий. Солнечные окрестности заполнены множеством красных карликов или звезд М-типа. Двадцать из тридцати звезд вблизи Земли считаются красными карликами.. Проксима Центавра красный карлик, ближайшая звезда к солнцу. Красные карлики не относятся к одному типу звезд.

Чтобы планета могла поддерживать умеренный климат, она должна получать умеренное количество солнечного света и иметь достаточное количество морской воды. Планеты, удовлетворяющие таким условиям, вряд ли сформируются вокруг звезд М-типа, согласно предыдущим моделям формирования планет. В новой симуляции Тадахиро Кимура, докторант Токийского университета, и профессор Масахиро Икома из Отдел науки Отдела науки NAOJ исследовали создание богатых водородом атмосфер из протопланетных дисков и образование воды в результате взаимодействия между океаном магмы и атмосферой.

Благодаря разработке новой модели формирования планет они смогли предсказать, сколько морской воды будет у экзопланет, вращающихся вокруг звезд М-типа. Следовательно, по оценкам, несколько процентов планет, вращающихся вокруг звезд М-типа с земным радиусом и инсоляцией, имеют умеренный уровень морской воды. Поэтому вполне вероятно, что в следующем десятилетии будут обнаружены планеты с умеренным климатом.. Первая экзопланета была обнаружена в 1995 году, и с тех пор были обнаружены тысячи таких планет. Обнаружение экзопланет показало, что планеты существуют во многих частях Вселенной. Однако также стало очевидным, что размеры, составы, расстояния и инсоляция экзопланет разнообразны.

К настоящему времени обнаружено множество планет размером с Землю. Очень интересно, есть ли среди них умеренный климат, похожий на наш. Помимо того, что вода необходима для жизни на Земле, она также играет важную роль в регулировании климата. Для поддержания умеренного климата требуется умеренное количество звездной радиации и умеренное количество воды в океане. Для того, чтобы современная Земля поддерживала теплый климат, в круговорот углерода вовлечены тектоника плит и выветривание континентов; если бы воды в океане было в несколько десятков раз больше, чем на Земле, углеродный цикл не работал бы, что приводило к экстремальным температурам.

Вода является ключевым

Существует распространенное мнение, что современные океаны Земли были созданы скалистыми или ледяными телами, несущими воду. Однако экзопланеты с умеренным содержанием воды редко встречаются вокруг звезд М-типа, согласно предыдущим исследованиям, применявшим эту теорию к экзопланетам. Таким образом, несмотря на то, что звезды М-типа являются целью будущих поисков обитаемых планет, появление обитаемых планет маловероятно.

Профессор Икома и его коллеги в своем предыдущем исследовании предположили, что аккумулирующая атмосфера может производить воду в качестве альтернативного подхода к получению воды. Водород в атмосфере планеты обычно образуется за счет гравитационной адсорбции газа из протопланетного диска по мере роста планеты. Кроме того, считается, что каменистая поверхность растущей планеты расплавилась от тепла небесных столкновений; а именно, океан магмы окружает планету. В это время водород в атмосфере вступает в реакцию с оксидами в магматическом океане с образованием воды. Планета, более богатая водой, могла бы образоваться, если бы принималась во внимание такая реакция образования воды.

Процессы формирования планет определяют, сколько водосодержащих пород планета приобретает и сколько воды производит в результате реакций образования воды. Тадахиро Кимура и Масахиро Икома разработали новую модель синтеза планетарного населения, чтобы переоценить частоту водных планет вокруг звезд М-типа.

Основываясь на последних теориях формирования планет, модель рассчитывает количество воды, приобретаемое планетами по мере их роста и эволюции. Кроме того, модель теперь включает эффект производства воды в первичной атмосфере наряду с ранее рассмотренным приобретением водосодержащих пород. Эта модель позволяет формировать самые разные планеты с разными размерами и атмосферными массами в разных местах.

Производство воды в первичной атмосфере позволяет экзопланетам, вращающимся вокруг звезд М-типа, удерживать большое количество воды, как было показано в недавнем исследовании. исследование. На некоторых из этих планет количество морской воды такое же, как и на Земле. Эти планеты в основном снабжаются морской водой за счет производства атмосферной воды. На основании расчетов можно предсказать, что планеты могут сохранять примерно в 0,1-100 раз больше, чем содержание морской воды на Земле с радиусами планет от 0,7 до 1,3 земных.

Текущие и будущие программы исследования экзопланет, такие как TESS и PLATO, вероятно, обнаружат около 100 планет размером с Землю в обитаемой зоне вокруг звезд М-типа. Согласно результатам этого исследования, многие из этих планет будут иметь теплый земной климат. Поскольку инфракрасные космические телескопы JWST и Ariel изучают атмосферный спектр экзопланет, они, вероятно, также обнаружат молекулы воды и другие элементы. В результате этих наблюдений теоретические прогнозы, основанные на этом исследовании, вероятно, будут подтверждены, и процесс формирования Земли будет лучше понят.

Результаты этого исследования были опубликованы в журнале Nature Astronomy.