PULS KOSMOSU

Przez lata astronomowie zakładali, że wiele egzoplanet odkrywanych wokół odległych gwiazd to tzw. światy wodne. Wskazywała na to ich stosunkowo niska gęstość oraz fakt, że za granicą tzw. „linii śniegu” w dyskach protoplanetarnych lód wodny powinien być powszechny. Najnowsze badania zespołu kierowanego przez Jie Li z Uniwersytetu Michigan sugerują jednak alternatywę: część z tych globów może wcale nie być zdominowana przez wodę, lecz przez zupełnie inny składnik – tzw. sadzę.

W astronomii „sadza” nie oznacza luźnego, czarnego pyłu. Termin ten odnosi się do organicznego węgla ogniotrwałego, związku zawierającego węgiel, wodór, tlen i azot (często określanych skrótem CHON). Materiał ten jest szeroko rozpowszechniony w Układzie Słonecznym – stanowi nawet do 40 procent masy komet. A ponieważ komety uznaje się za swoiste kapsuły czasu, przechowujące ślady najwcześniejszych etapów historii Układu Słonecznego, ich skład wskazuje, że sadza była powszechna w okresie formowania się planet.

Podobnie jak istnieje „linia śniegu”, czyli granica odległości od gwiazdy, poza którą lód wodny może przetrwać, tak naukowcy proponują wprowadzenie pojęcia „linii sadzy”. Wyznaczałaby ona obszar dysku protoplanetarnego, w którym sadza może się zachować i stać się istotnym budulcem powstających planet.

Model zakłada istnienie trzech stref w dyskach protoplanetarnych. Najbliżej gwiazdy powstają planety skaliste, podobne do Ziemi czy Marsa, gdzie wysokie temperatury uniemożliwiają przetrwanie zarówno sadzy, jak i lodu. Pomiędzy linią sadzy a linią śniegu mogą natomiast formować się planety zdominowane przez sadzę, lecz ubogie w wodę. Ich atmosfera mogłaby przypominać tę na Tytanie – bogatą w metan – a same globy mogłyby zawierać nawet 25 procent sadzy w swojej masie.

Jeszcze dalej, poza linią śniegu, pojawiałyby się światy hybrydowe – jednocześnie wodne i sadzowe. Zespół Li wyróżnia dwa warianty: „suche”, w których woda stanowi ok. 25 procent składu, oraz „mokre”, zawierające jej nawet połowę. W obu przypadkach sadza wciąż odgrywałaby znaczącą rolę, stanowiąc 15–20 procent masy planety.

Rozróżnienie tych typów planet jest niezwykle trudne. Na podstawie samej zależności między masą a promieniem planety nie da się odróżnić świata wodnego od sadzowego. Oznacza to, że wiele tzw. minineptunów, które uznawano dotąd za planety wodne, w rzeczywistości może być bogate w węgiel organiczny. Jedyną drogą do poznania ich prawdziwej natury pozostają badania atmosfer.

Pierwsze kroki w tym kierunku wykonał już Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, który wykrył metan i dwutlenek węgla w atmosferach egzoplanet K2-12b i TOI-280d. Choć obecnie znajdują się one wewnątrz linii sadzy swoich gwiazd, mogły powstać znacznie dalej i z czasem zbliżyć się do środka układu. Szczególnie interesująca jest TOI-280d, której wysoki stosunek węgla do tlenu wskazuje, że może być właśnie planetą sadzową.

Takie globy niosą fascynujące, ale i złożone implikacje dla kwestii zamieszkiwalności. Mogą mieć wnętrza bogate w diamenty, co spowalniałoby obieg lotnych pierwiastków w płaszczu i utrudniało powstawanie ochronnego pola magnetycznego. Z drugiej strony, ich atmosfery mogłyby być pełne metanu i innych związków organicznych, które sprzyjają powstawaniu chemii prebiotycznej – potencjalnego zalążka życia.

Przyszłość badań nad tymi tajemniczymi światami będzie zależeć od szczegółowych obserwacji atmosfer i udoskonalonych modeli planetarnych. Dopiero one pozwolą rozstrzygnąć, które z egzoplanet katalogowanych jako wodne są w istocie „planetami sadzowymi” ukrytymi na widoku wśród gwiazd.