Atunci când vânează exoplanete potențial locuibile, unul dintre cele mai importante aspecte pe care astronomii le caută este dacă candidații exoplanetelor orbitează sau nu în zona locuibilă a stelei lor. Acest lucru este necesar pentru ca apa lichidă să existe pe suprafața unei planete, ceea ce la rândul său este o condiție prealabilă pentru viață așa cum o cunoaștem. Cu toate acestea, pe parcursul descoperirii de noi exoplanete, oamenii de știință au luat cunoștință de un caz extrem cunoscut sub numele de „lumi de apă”.
Lumile de apă sunt, în esență, planete care ajung până la 50% apă în masă, rezultând oceane de suprafață care ar putea fi adâncite la sute de kilometri. Potrivit unui nou studiu realizat de o echipă de astrofizicieni de la Princeton, Universitatea din Michigan și Harvard, este posibil ca lumile de apă să nu poată fi agățate de apa lor prea mult timp. Aceste descoperiri ar putea avea o importanță imensă atunci când vine vorba de vânătoarea de planete locuibile în gâtul cosmosului nostru.
Acest studiu cel mai recent, intitulat „Deshidratarea lumilor apei prin pierderi atmosferice”, a apărut recent în The Astrophysical Journal Letters. Condusă de Chuanfei Dong de la Departamentul de Științe Astrofizice de la Universitatea Princeton, echipa a realizat simulări pe computer care au luat în considerare ce fel de condiții ar fi supuse lumile apei.
Acest studiu a fost motivat în mare măsură de numărul descoperirilor exoplanetelor care au fost făcute în jurul sistemelor de stele de tip M de masă joasă (pitică roșie) din ultimii ani. S-a descoperit că aceste planete au dimensiuni comparabile cu Pământul - ceea ce a indicat că acestea erau probabil terestre (adică stâncoase). În plus, multe dintre aceste planete - cum ar fi Proxima b și trei planete din cadrul sistemului TRAPPIST-1 - s-au dovedit că orbitează în zonele locuibile ale stelelor.
Cu toate acestea, studiile ulterioare au indicat că Proxima b și alte planete stâncoase care orbitează stele pitice roșii ar putea fi de fapt lumi de apă. Aceasta s-a bazat pe estimările de masă obținute prin sondaje astronomice și pe presupunerile încorporate conform cărora astfel de planete erau de natură stâncoasă și nu aveau atmosfere masive. În același timp, au fost realizate numeroase studii care au pus la îndoială dacă aceste planete ar putea sau nu să se țină de apa lor.
Practic, totul se reduce la tipul de stea și la parametrii orbitali ai planetelor. În timp ce stelele pitice roșii sunt de lungă durată, sunt cunoscute pentru a fi variabile și instabile în comparație cu Soarele nostru, ceea ce duce la apariții periodice care ar dezbrăca atmosfera unei planete în timp. În plus, planetele care orbitează în zona locuibilă a unei pitici roșii ar fi probabil blocate în ordine, ceea ce înseamnă că o parte a planetei ar fi expusă constant radiațiilor stelelor.
Din această cauză, oamenii de știință sunt concentrați pe determinarea cât de bine ar putea ține exoplanetele din diferite tipuri de sisteme stelare în atmosfera lor. Așa cum a spus dr. Dong revista Space prin e-mail:
„Este corect să spunem că prezența unei atmosfere este percepută ca una dintre cerințele pentru locuința unei planete. Acestea fiind spuse, conceptul de locuință este unul complex cu implicați numeroși factori. Astfel, o atmosferă de la sine nu va fi suficientă pentru a garanta locuința, dar poate fi considerată un ingredient important pentru o planetă care să fie locuibilă. "
Pentru a testa dacă o lume a apei va fi capabilă să-și țină atmosfera, echipa a realizat simulări pe computer care au luat în considerare o varietate de scenarii posibile. Acestea au inclus efectele câmpurilor magnetice stelare, ejectările coronale de masă și ionizarea și ejectarea atmosferică pentru diferite tipuri de stele - inclusiv stelele de tip G (precum Soarele nostru) și stelele de tip M (precum Proxima Centauri și TRAPPIST-1).
Având în vedere aceste efecte, dr. Dong și colegii săi au derivat un model cuprinzător care a simulat cât vor dura atmosfera exoplanetă. După cum a explicat:
„Am dezvoltat un nou model magnetohidrodinamic multi-fluid. Modelul a simulat atât ionosfera, cât și magnetosfera în ansamblu. Datorită existenței câmpului magnetic dipol, vântul stelar nu poate mătura atmosfera direct (ca Marte, din cauza absenței unui câmp magnetic dipol global), în schimb, pierderea de ioni atmosferici a fost cauzată de vântul polar.
„Electronii sunt mai puțin masivi decât ionii părinți și, ca urmare, sunt mai ușor accelerați până și dincolo de viteza de evacuare a planetei. Această separare a încărcării dintre electronii cu masă scăzută și ionii încărcați pozitiv semnificativ mai greu, creează un câmp electric de polarizare. La rândul său, acest câmp electric acționează pentru a trage ioni încărcați pozitiv de-a lungul spatelui electronilor care scapă, din atmosfera din capacele polare. "
Ceea ce au descoperit a fost că simulările lor de computer erau în concordanță cu sistemul actual Pământ-Soare. Cu toate acestea, în unele posibilități extreme - cum ar fi exoplanetele în jurul stelelor de tip M - situația este foarte diferită, iar ratele de evacuare ar putea fi de o mie de ori mai mari sau mai mari. Rezultatul înseamnă că chiar și o lume a apei, dacă orbitează pe o stea pitică roșie, și-ar putea pierde atmosfera după aproximativ un gigayear (Gyr), de un miliard de ani.
Având în vedere că viața, așa cum știm, a durat aproximativ 4,5 miliarde de ani pentru a evolua, un miliard de ani este o fereastră relativ scurtă. De fapt, așa cum a explicat dr. Dong, aceste rezultate indică faptul că planetele care orbitează stele de tip M ar fi greu de dezvoltat viața:
„Rezultatele noastre indică faptul că planetele oceanice (care orbitează pe o stea asemănătoare Soarelui) își vor păstra atmosfera mult mai mult decât perioada Gyr, întrucât ratele de evacuare a ionilor sunt mult prea mici, de aceea, permite o durată mai lungă de viață pentru a avea originea pe aceste planete. și evoluează în termeni de complexitate. În schimb, pentru exoplanetele care orbitează pe pitici M, acestea ar putea să-și epuizeze oceanele de-a lungul intervalului de timp Gyr, din cauza mediilor mai intense de particule și radiații pe care exoplanetele le experimentează în zonele apropiate. Dacă atmosfera ar fi epuizată de-a lungul perioadei de timp mai puțin decât Gyr, acest lucru s-ar putea dovedi problematic pentru originea vieții (abiogeneza) de pe planetă. "
Încă o dată, aceste rezultate pun la îndoială potențialitatea locuinței sistemelor cu stele pitice roșii. În trecut, cercetătorii au indicat că longevitatea stelelor pitice roșii, care pot rămâne în secvența lor principală până la 10 trilioane de ani sau mai mult, le face cel mai bun candidat pentru găsirea exoplanetelor locuibile. Cu toate acestea, stabilitatea acestor stele și modul în care sunt susceptibile de a dezbrăca planetele din atmosfera lor par să indice altfel.
Studii precum acesta sunt, prin urmare, extrem de semnificative prin faptul că ajută la abordarea cât timp ar putea rămâne un potențial locuibil în jurul unei stele pitice roșii. Dong a indicat:
„Având în vedere importanța pierderii atmosferice asupra locuinței planetare, a existat un mare interes în utilizarea telescoapelor, cum ar fi viitorul James Telb Space Telescope (JWST) pentru a determina dacă aceste planete au atmosfere și, dacă da, cum este compoziția lor . Este de așteptat ca JWST să fie capabil să caracterizeze aceste atmosfere (dacă este prezent), dar cuantificarea ratelor de evacuare necesită un grad de precizie mult mai mare și este posibil să nu fie posibil în viitorul apropiat. "
Studiul este, de asemenea, semnificativ în ceea ce privește înțelegerea noastră despre Sistemul Solar și evoluția sa. La un moment dat, oamenii de știință s-au încumetat că atât Pământul cât și Venus pot fi lumi de apă. Cum au făcut trecerea de la a fi foarte apoase la ceea ce sunt astăzi - în cazul lui Venus, uscat și iad; iar în cazul Pământului, având mai multe continente - este o întrebare importantă.
În viitor, se preconizează că sondaje mai detaliate ar putea ajuta la aruncarea de lumină asupra acestor teorii concurente. Atunci când James Webb Space Telescope (JWST) este implementat în primăvara anului 2018, acesta va folosi capacitățile sale infraroșii puternice pentru a studia planetele din jurul piticilor roșii din apropiere, Proxima b fiind unul dintre ei. Ceea ce învățăm despre acest lucru și despre alte exoplanete îndepărtate va merge mult până la informarea înțelegerii noastre despre cum a evoluat și sistemul nostru solar.
