Карлики спектрального типа M, гораздо более холодные, чем наше Солнце, характеризуются экосферами, расположенными гораздо ближе к звездной поверхности, чем в Солнечной системе. Поэтому планеты в экосфере, вращающиеся вокруг этих звезд, будут вызывать частые транзиты, что облегчит их обнаружение.

Это многообещающий вывод для астробиологии, однако жизнь на планете, вращающейся вокруг карлика М-типа, будет находиться в опасной среде. Звезды такого типа очень активны на ранних стадиях, и любая планета вблизи них будет погружена в огромное количество высокоэнергетического излучения, что сделает невозможным выживание каких-либо организмов.

Более того, вода вряд ли присутствует на таких близко расположенных орбитальных планетах. В протопланетном диске, окружающем молодые звезды, лед образуется только в достаточно прохладной среде, вдали от поверхности звезды. Именно поэтому газовые гиганты такие массивные, ведь они накапливают лед так же, как газ и пыль. Имея массивное ядро, им легче захватить водород и гелий и сформировать их в большие газообразные оболочки.

Граница, за которой может образоваться лед, известна как снеговая линия, в то время как планеты, сформировавшиеся в экозонах вокруг некоторых М-карликов, находятся гораздо ближе, чем снеговая линия. Поэтому они лишены воды.

Мини-Нептун: жизнь рядом с карликовым типом M

Но что произойдет, если газовый гигант переместится в экосферу? Астроном Родриго Лугер из Вашингтонского университета и его коллеги обнаружили, что особый тип планеты, называемый мини-нептунием, после потери атмосферы может стать местом, где может возникнуть жизнь.

Мини-нептуния — это газовая планета с массой до десяти масс Земли. Такая планета, скрытая за плотной газообразной атмосферой, должна была бы потерять ее, чтобы стать планетой, полной воды.

Результаты исследования были опубликованы в журнале «Астробиология».

Существует два механизма, с помощью которых мини-нептуния может потерять свою атмосферу. Первый — это процесс, называемый гидродинамическим побегом. Экстремальное излучение от родительской звезды в виде рентгеновских и ультрафиолетовых лучей бомбардирует планету, вызывая нагрев атмосферы. Верхние слои атмосферы расширяются, а образующий их газ разгоняется до сверхзвуковых скоростей. Такой гидродинамический ветер достаточно быстр, чтобы вырваться из-под гравитации планеты в космос.

Второй механизм описывает расширение атмосферы до расстояний, на которых она больше не связана гравитационно с планетой. Граница вокруг звезды или планеты, за которой материя больше не связана с ней гравитационно, — это поверхность Роша. Когда молекулы газа достигают поверхности, подобной поверхности Роше, они могут покинуть среду планеты/звезды. Конечно, выход за пределы поверхности Рош невозможен во время формирования планеты, поскольку это помешало бы ранее необходимой аккреции материи. Однако если бы сформировавшаяся планета приблизилась к звезде, она начала бы ощущать гравитацию звезды, и это могло бы привести к выходу планеты за пределы поверхности Рош.

Когда атмосфера испарится, каменистое ядро превратится в планету земного типа. Если в этой точке сформируется вторичная атмосфера, например, в результате вулканической дегазации и т.д., такое ядро может стать «пригодным для жизни испаренным ядром» (HEC). (HEC — обитаемое испарившееся ядро).

Компьютерное моделирование, проведенное Люгером и его коллегами, показывает, что мини-нептуний с ядром, масса которого равна массе Земли, был бы наилучшим кандидатом для КББ. Если бы масса ядра была больше двух масс Земли — испарившегося ядра не было бы.

Источник: astrobio