С ростом числа подтвержденных экзопланет в Млечном Пути ученым придется быть более разборчивыми в выборе целей для поиска признаков жизни. Так, группа астрономов во главе с Анной Шапиро из Института исследований Солнечной системы им. Макса Планка в Германии сузила круг возможных вариантов.
Это может показаться нелогичным, поскольку звезды с более низким содержанием металлов излучают больше ультрафиолетового света. Но работа команды показывает, что планета с богатой кислородом атмосферой имеет более толстый озоновый слой, что дает миру, вращающемуся вокруг звезды с низким содержанием металлов, большую защиту, чем миру с богатой металлами.
«Наши результаты, — пишут они в своей статье , — подразумевают, что планеты, окруженные звездами с низкой металличностью, являются лучшими целями для поиска сложной жизни на суше».
Не все звезды созданы одинаковыми. Они могут быть маленькими, холодными и тусклыми или большими, горячими и пылающими. И хотя у них есть некоторые общие элементы, их химический состав может сильно различаться.
Это потому, что в самом начале истории Вселенной не было тяжелых элементов. Водород и гелий были почти всем, что там было; из этих элементов родились первые звезды, их сердца были гигантскими машинами, которые сталкивали атомы вместе, чтобы создавать более крупные и тяжелые атомы.
Когда эти звезды погибли, бурный процесс создал еще более тяжелые элементы и извергнул и засеял эти элементы в космос, чтобы они были поглощены новыми звездами, рожденными из облаков межзвездной пыли и газа.
Эти элементы изменяют излучение звезды. Звезды с большей долей элементов, более тяжелых, чем водород и гелий, или с более высокой металличностью излучают меньше ультрафиолетового излучения, чем звезды, состоящие из более легкого материала. И мы знаем, живя здесь, на Земле, что УФ-излучение может нанести вред нежным наземным организмам, вызывая различные типы повреждений ДНК .
Роль УФ-излучения в потенциальной обитаемости инопланетных миров не изучалась, поэтому Шапиро и ее коллеги исследовали Землю в качестве модели.
Инопланетная цивилизация, смотрящая на Солнечную систему с большого расстояния, могла бы счесть Землю негостеприимной для жизни. Исследователи говорят, что на нашем нынешнем расстоянии от Солнца уровни излучения в диапазонах длин волн УФ-С и УФ-В «значительно превышают максимально допустимый уровень для земной жизни».
Но наша атмосфера блокирует большую его часть: кислород, или О 2 , в верхних слоях атмосферы поглощает большую часть УФ-С, а слой озона, или О 3 , в средней атмосфере поглощает УФ-В.
УФ-излучение участвует в создании и разрушении озона. Длины волн ниже 240 нанометров разрушают молекулы O 2 ; свободно плавающие атомы О могут затем сталкиваться с молекулами О 2 и связываться с ними , образуя О 3 . Однако более длинные волны разрушают O 3 посредством фотодиссоциации . Полученные атомы O могут затем рекомбинировать в O 2 .
На УФ-излучение звезды влияют несколько факторов, в том числе ее металличность и температура. Шапиро с командой смоделировали похожие на Землю миры, вращающиеся вокруг звезд, подобных Солнцу, настроив параметры, влияющие на УФ-излучение, чтобы увидеть, какое влияние это окажет на вращающуюся экзопланету.
Они обнаружили, что металличность была более важной, чем температура, влияя на обитаемость экзопланеты, но совершенно противоположным тому, что можно было предположить. Звезды с более низкой металличностью и большим количеством УФ-излучения с большей вероятностью могут иметь обитаемые миры.
То, как УФ-излучение взаимодействует с кислородом в атмосфере, создает лучший экран, в результате чего меньше этого излучения достигает поверхности экзопланеты.
«Парадоксально, но в то время как звезды с более высокой металличностью, которые появились позже в истории Вселенной, излучают меньше УФ-излучения, в насыщенных кислородом планетарных атмосферах связанный с ними звездный спектр излучения допускает образование меньшего количества O 3 , что увеличивает проникновение УФ-излучения. А это делает условия на планетах, вращающихся вокруг этих звезд, менее благоприятны для биосферы на суше», — пишут исследователи . — Таким образом, мы обнаружили, что поверхность планет, вращающихся вокруг богатых металлами звезд, подвергается более интенсивному УФ-излучению, чем поверхность планет, вращающихся вокруг бедных металлами звезд. Поэтому планеты в обитаемых зонах звезд с низкой металличностью являются лучшими целями для поиска сложная жизнь на суше».
Пока еще недостаточно иметь возможность исключить звезды с более высокой металличностью. Но анализ и характеристика атмосфер экзопланет с помощью таких инструментов, как космический телескоп Джеймса Уэбба, поможет ученым понять, находятся ли они на правильном пути, приблизив нас на один шаг к обнаружению признаков жизни в чужом мире.
Исследование опубликовано в Nature Communications .
Нет комментариев