MINI-NEPTUNY: Życie w pobliżu karła typu M

minineptunes-1-768x641

Karły typu widmowego M, znacznie chłodniejsze od naszego Słońca, charakteryzują się ekostrefami znacznie bliższymi powierzchni gwiazdy niż w Układzie Słonecznym. Z tego też względu planety w ekostrefie krążące wokół tych gwiazd powodowałyby częste tranzyty, co sprawia, że łatwiej byłoby je wykryć.

To obiecujący wniosek dla astrobiologii jednak życie na planecie krążącej wokół karła typu M narażone byłoby na niebezpieczne otoczenie. Gwiazdy tego typu są bardzo aktywne na wczesnym etapie swojego życia i jakakolwiek planeta w ich pobliżu byłaby zanurzona w ogromnych ilościach wysokoenergetycznego promieniowania, co uniemożliwiałoby przetrwanie jakichkolwiek organizmów.

Co więcej, na tak blisko orbitujących planetach małoprawdopodobne jest występowanie wody. W dysku protoplanetarnym otaczającym młode gwiazdy lód powstaje tylko w wystarczająco chłodnym otoczeniu, z daleka od powierzchni gwiazdy. Dlatego właśnie gazowe olbrzymy są tak masywne bowiem akreują lód tak samo jak gaz i pył. Posiadając masywne jądro łatwiej im przychodzi przechwytywanie wodoru i helu i tworzenie z nich obszernych otoczek gazowych.

Granica za którą może powstawać lód znana jest jako linia śniegu, natomiast planety powstające w ekostrefach wokół niektórych karłów typu M znajdują się znacznie bliżej niż linia śniegu. Dlatego właśnie pozbawione są wody.

1-minineptunes

Lecz co by się stało, gdyby gazowy olbrzym przemieścił się do ekosfery? Astronom Rodrigo Luger z University of Washington, wraz z kolegami odkrył, że określony typ planet zwany mini-neptunem po utracie atmosfery mógłby stać się miejscem, w którym może powstać życie.

Mini-neptun to gazowa planeta o masie do dziesięciu mas Ziemi. Taka planeta skryta za gęstą atmosferą gazową musiałaby ją utracić, aby stać się planetą pełną wody.

Wyniki badań zostały opublikowane w periodyku Astrobiology.

2-minineptunes

Istnieją dwa mechanizmy w których mini-neptun mógłby stracić atmosferę. Pierwszym z nich jest proces zwany ucieczką hydrodynamiczną. Wyjątowo ekstremalne promieniowanie gwiazdy macierzystej w formie promieni rentgenowskich i ultrafioletowych bombarduje planetę powodując ogrzewanie atmosfery. Górne warstwy atmosfery się rozszerzają, a tworzący je gaz rozpędzany jest do prędkości naddźwiękowych. Taki hydrodynamiczny wiatr jest wystarczająco szybki, aby uciec grawitacji planety w przestrzeń.

Drugi mechanizm opisuje rozszerzanie się atmosfery na odległości w których nie jest ona już grawitacyjnie związana z planetą. Granica wokół gwiazdy lub planety, za którą materia nie jest już z nią grawitacyjnie związana to powierzchnia Roche’a. Gdy cząsteczki gazu osiągną przypominającą kształtem powierzchnię Roche’a mogą opuścić otoczenie planety/gwiazdy. Oczywiście ucieczka poza powierzchnię Roche’a nie jest możliwa podczas formowania się planety gdyż uniemożliwiałaby niezbędną wcześniej akrecję materii. Jednak gdyby uformowana planeta przesunęła się bliżej gwiazdy zaczęłaby odczuwać jej grawitację, a to mogłoby spowodować wypływ poza powierzchnię Roche’a planety.

Po odparowaniu atmosfery, skaliste jądro stałoby się planetą typu ziemskiego. Gdyby w tym momencie uformowała się atmosfera wtórna, np. poprzez odgazowanie wulkaniczne itp. takie jądro mogłoby stać się „odparowanym jądrem zdolnym utrzymać życie” (HEC – habitable evaporated core).

Komputerowe symulacje przeprowadzone przez Lugera i jego współpracowników wskazują, że mini-neptun o jądrze masą równającym się z masą Ziemi byłby najlepszym kandydatem na HEC. Jeżeli masa jądra byłaby większa niż dwie masy Ziemi – nie doszłoby do powstania odparowanego jądra.

Źródło: astrobio