Астрономи вважають непридатними для життя масивні планетні системи Всесвіту

Взявши за основу систему TRAPPIST-1, вчені змоделювали, як атмосфери планет навколоземної маси можуть співіснувати з випромінюванням подібних зірок. Виявилось, з дуже великими проблемами.

Щоб на поверхні планети була рідка вода, вона повинна мати досить щільну атмосферу. На щастя, астрономи можуть шукати та вивчати атмосфери щодо змін випромінювання зірки, коли екзопланета пролітає на її тлі. Ось тільки планет багато, а для збору відповідних даних потрібні тривалі спостереження. Одна з таких цілей для спостережень — система TRAPPIST-1 із сімома кам’янистими планетами, чотири з яких можна порівняти за масою із Землею і перебувають у «населеній» зоні.

Автори нового дослідження, препринт якого викладено на arXiv, вирішили перевірити, чи є на цих планетах атмосфери, змоделювавши умови системи. Щоб мати можливість масштабувати результати роботи на інші потенційно заселені світи, вони не стали суворо дотримуватись параметрів конкретних планет системи TRAPPIST-1. Так вчені проігнорували оцінки густини, розрахувавши радіуси змодельованих планет за масою (0,8, 1 і 1,2 маси Землі), виходячи із густини нашої планети (5,5 грама на кубічний сантиметр).

Метою дослідників було подивитися, як атмосфери таких планет витримують вплив маломасивної зірки спектрального класу М — на кшталт тієї, що у центрі TRAPPIST-1. Для цього вони застосували модель верхньої атмосфери під назвою Kompot Code, яка описує одновимірну термохімічну структуру поверхні атмосфери на кордоні з космосом.

У використану модель закладено понад 500 реакцій 63 хімічних елементів. Вона враховує вплив різних механізмів нагрівання та охолодження. Зокрема, рентгенівського та інфрачервоного випромінювань, а також ефекту охолодження від вуглекислого газу у верхніх шарах атмосфери.

Зіставивши змодельовані дані з параметрами TRAPPIST-1, вчені прийшли до висновку, що більшість планет цієї системи не могли зберегти свої атмосфери незалежно від їх складу. Під випромінюванням зірки верхні шари атмосфери мали нагрітися настільки, що молекули почали вилітати з поля тяжіння планети.

З урахуванням віку системи (за однією з оцінок, приблизно 7,6 мільярда років), навіть якби там була атмосфера у 100 разів масивніша за земну, вона б вся вже розсіялася. За припущенням авторів, аналогічна історія має бути в усіх планет земного типу, що поряд із зірками спектрального класу М.

Результати моделювання підтверджують результати спостережень. На жодній із планет системи не виявили ознак наявності водневої атмосфери. За даними телескопа Джеймс Вебб, на планетах TRAPPIST-1b і TRAPPIST-1с немає щільних атмосфер. Відповідно до іншої роботи, в атмосфері TRAPPIST-1c не домінують ні СО2, ні СО2.

Хоча автори нової роботи заявили, що на жодній із планет TRAPPIST-1 не могла зберегтися атмосфера, зазначимо, що щільність цих планет говорить про інше. У всіх них щільність нижча за щільність Землі та Венери, притому що маса багатьох порівнянна з земною. Важко уявити, наскільки це можливо без наявності атмосфери з легких елементів. Залишається чекати на нові спостереження за цими об’єктами.