Гикейские экзопланеты могут оказаться неспособными поддерживать жизнь

В 2021 году астрономы предложили новый класс экзопланет, которые содержат богатую водородом атмосферу и поддерживают обширные океаны с жидкой водой, что делает эти гипотетические миры потенциальными кандидатами на поиск инопланетной жизни. Однако новое исследование предполагает, что эти «гикейские» планеты будут страдать от катастрофического неуправляемого парникового эффекта, что ограничит их потенциал для жизни.

Гикейские миры получили свое название от сочетания слов «водород» и «океан», потому что эти миры, которые были бы больше Земли, но меньше любой из планет-гигантов в нашей Солнечной системе, покрыты толстыми и плотными слоями водородной атмосферу и могли бы поддерживать обширные океаны с жидкой водой.

Хотя существование гикейских миров подтверждено не было, масштабный обзор экзопланет, проведенный миссией НАСА «Кеплер», выявил несколько миров-кандидатов, которые, исходя из оценок их размера и плотности, могут быть гикейскими планетами. Гикейские миры очень интересуют астрономов. Там, где есть жидкая вода, есть потенциальный дом для жизни, какой мы ее знаем.

И из-за их плотных атмосфер эти планеты потенциально могут существовать в гораздо более широком диапазоне орбит вокруг своих родительских звезд, не жертвуя при этом своей пригодностью для жизни, так что есть даже шанс, что жизнь в гикейских мирах более распространена, чем в нашей.

Но текущие исследования обитаемости гикейских миров не очень подробны, и они опираются на относительно упрощенные модели динамики атмосферы, чтобы понять, как эти планеты могут работать.

Чтобы исправить это, группа исследователей разработала более сложный подход к изучению того, как более точное рассмотрение гикейских атмосфер и океанов изменит наше понимание их поведения вокруг разных звезд.

«Сверхкритические» океаны

Исследователи обнаружили, что наличие толстой атмосферы с преобладанием водорода радикально меняет поведение этих планет по сравнению с миром, подобным Земле. Наша планета тоже имеет плотную атмосферу, но эта атмосфера состоит из более тяжелых элементов, таких как азот и кислород.

Способность этих элементов блокировать или пропускать определенные длины волн света влияет на то, насколько теплой будет поверхность при заданном количестве поступающего солнечного излучения.

Но водород действует по-другому: он блокирует и пропускает свет с разной длиной волны, что, в свою очередь, меняет реакцию поверхности на солнечный свет. Например, исследователи обнаружили, что если планету с атмосферным давлением в 10–20 раз выше земного (что характерно для гикейских миров) поместить на ту же орбиту, что и Земля, ее океаны станут «сверхкритическими».

Это означает, что температура планеты поднимется выше точки кипения, что приведет к испарению и полному исчезновению океанов. Исследователи также обнаружили, что смесь водяного пара и водорода в атмосферах гикейских планет изменяет их обитаемость.

Гикейские миры не могут получать столько солнечного света, как мы думали ранее, пока их океаны не станут слишком горячими, чтобы поддерживать себя в жидком состоянии.

Предыдущие модели помещали внутренний край обитаемой зоны, область, где температура поверхности мира как раз подходит для поддержания жидкой воды, прямо около одной астрономической единицы (а.е.), расстояния, на котором Земля вращается вокруг Солнца.

Но новые расчеты подталкивают внутренний край к 1,6 а.е. для миров с таким же давлением воздуха, как на Земле. Для гикейских миров с атмосферным давлением в 10 раз внутренний край обитаемой зоны теперь считается равным 3,85 а.е.

Это означает, что гикейские миры не могут жить близко к своим родительским звездам, тем самым ограничивая диапазон их обитаемости. Действительно, исследователи пришли к выводу, что все известные потенциальные гикейские миры существуют внутри этих новых обитаемых пределов и, следовательно, вряд ли будут содержать океаны с жидкой водой — и какие-либо шансы для жизни.

Исследователи представили свою работу для публикации в The Astrophysical Journal, а препринт доступен через arXiv. Но все еще есть надежда на обитаемость этих экзопланет. Гикейские миры могут существовать и поддерживать океаны с жидкой водой далеко за внешней границей обитаемых зон земноподобных планет, так что мы все еще можем найти новых многообещающих кандидатов.

Исследователи надеются продолжить свою работу с еще более подробным моделированием, чтобы зафиксировать сложную и захватывающую динамику этих загадочных гипотетических миров.