В лаборатории геохимии Луны и планет Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского (ГЕОХИ) РАН провели изучение снеговой линии в системах красных карликов. Планеты в системах этих относительно холодных и долгоживущих звезд являются наиболее подходящими объектами для развития землеподобной жизни. До сих пор не было предложено модели, которая точно описывала бы формирование экзопланет при низких температурах и высокой металличности. Проведенный комплексный анализ экзопланетных систем у красных карликов (Рис. 1) позволяет выявить условия формирования планет разных типов и сделать предварительную оценку снеговой линии, которая может свидетельствовать о пригодности планет для возникновения землеподобной жизни. Результаты опубликованы в юбилейном сборнике “Advances in Geochemistry, Analytical Chemistry, and Planetary Sciences” издательства Springer Nature.

Рисунок 1. Экзопланетная система TRAPPIST-1. Автор: ESO/M. Kornmesser/N. Risinger (skysurvey.org).

В связи с большой распространенностью таких звезд, вероятность найти жизнь в экзопланетных системах красных карликов является достаточно высокой, однако, до сих пор отсутствует четкое представление о механизмах формирования планет разных типов в таких системах. Предполагается, что процесс будет схож с тем, как сформировались планеты в Солнечной системе. Так, формирование газовых и ледяных гигантов в Солнечной системе происходит за так называемой снеговой линией (расстояние от Солнца, на котором температура становится достаточно низкой, чтобы простые летучие соединения сохранялись в твёрдом состоянии), которая по разным оценкам находится на расстоянии 2.7-3.1 астрономических единиц (а.е.) от Солнца. Аналогичная оценка для планетных систем у красных карликов позволяет выявить условия формирования планет разных типов и сделать предварительную оценку снеговой линии, которая может свидетельствовать пригодность планет для возникновения землеподобной жизни.

Рисунок 2. Распределение планет разных типов в экзопланетных системах красных карликов в зависимости от равновесной температуры (в градусах Кельвина) и орбитального радиуса (в астрономических единицах).

На основе открытых баз данных, таких как каталог экзопланет NASA, архив экзопланет NASA-Caltech, а также астрономической базы SIMBAD, был проведен анализ экзопланет и их родительских звезд следующих астрономических характеристик: расстояние планеты от звезды, масса планеты, выраженная как отношение массы планеты к массе Земли; равновесная температура планеты (Рис. 2), которая определяется как теоретическая температура, которую бы имела планета, если бы нагревалась исключительно теплом звезды; масса звезды, выраженная как отношение массы звезды к массе Солнца; светимость звезды, которая определяется как полная энергия, излучаемая астрономическим объектом в единицу времени.

Рисунок 3. Зона обитаемости, ограниченная внутренним и внешним радиусами зоны жидкой воды, и радиус коротации в экзопланетных системах красных карликов. Радиус коротации – это расстояние, на котором период обращения спутника (планеты) вокруг своей оси совпадает с периодом его обращения вокруг центрального тела (звезды).

В исследовании показано, что снеговая линия в экзопланетных системах у красных карликов может находиться на расстоянии 0.05-0.1 а.е. от родительской звезды, однако, стоит учесть, что эти оценки получены на основе ныне существующих предположений об обнаруженных планетах. Так, не до конца изучена природа планет-суперземель, которые могут иметь плотность, схожую с каменными планетами, но размеры и состав атмосферы больше напоминают планеты типа Нептун. Если подобные планеты окажутся твердыми, как планеты земной группы, то истинная снеговая линия будет находиться дальше. Полученные данные по снеговой линии были использованы также для оценки жизнепригодности планет различного типа в системах красных карликов. Так, для определения оптимальной зоны обитаемости использовалась зона жидкой воды (Рис. 3) – расстояние от звезды, на котором вода может находиться в жидком виде. Выявлены потенциальные границы зоны обитаемости в зависимости от температуры родительской звезды. Помимо этого, определено, что планеты, попавшие в приливной захват со своей звездой, не могут находиться в зоне жидкой воды.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России.

Публикация: Mironov D.D. and Grishakina E.A. (2023) The Snow Line in Red Dwarf Systems, In: V. P. Kolotov and N. S. Bezaeva (eds.), Advances in Geochemistry, Analytical Chemistry, and Planetary Sciences, Springer: Cham, 311-322, https://doi.org/10.1007/978-3-031-09883-3_16.

Источник: ГЕОХИ РАН.