Астрономы идентифицировали новый класс экзопланет, сильно отличающихся от наших, но способных поддерживать жизнь, что может значительно ускорить поиск жизни за пределами нашей Солнечной системы.
В поисках жизни в другом месте астрономы в основном искали планеты с таким же размером, массой, температурой и составом атмосферы, что и Земля. Однако астрономы из Кембриджского университета считают, что есть и более многообещающие возможности.
Исследователи определили новый класс пригодных для жизни планет, получивших название «гикейские» планеты - горячие, покрытые океаном планеты с богатой водородом атмосферой - более многочисленные и наблюдаемые, чем планеты, подобные Земле.
Исследователи говорят, что результаты, опубликованные в The Astrophysical Journal, могут означать, что обнаружение биосигнатур жизни за пределами нашей Солнечной системы в течение следующих двух или трех лет является реальной возможностью.
«Планеты Гикейского моря открывают совершенно новый путь в наших поисках жизни в других местах», - сказал доктор Никку Мадхусудхан из Кембриджского института астрономии, который руководил исследованием.
Многие из главных кандидатов в Гикеи, идентифицированные исследователями, крупнее и горячее Земли, но все же обладают характеристиками, позволяющими вмещать большие океаны, которые могут поддерживать микробную жизнь, подобную той, что встречается в некоторых из самых экстремальных водных сред Земли.
Эти планеты также допускают гораздо более широкую обитаемую зону, или «зону Златовласки», по сравнению с земными планетами. Это означает, что они все еще могут поддерживать жизнь, даже если они находятся за пределами диапазона, в котором планета, подобная Земле, должна была бы быть пригодной для жизни.
Тысячи планет за пределами нашей Солнечной системы были обнаружены с тех пор, как почти 30 лет назад была идентифицирована первая экзопланета. Подавляющее большинство - это планеты размером между Землей и Нептуном, и их часто называют «суперземлями» или «мини-Нептунами»: они могут быть преимущественно скалистыми или ледяными гигантами с богатой водородом атмосферой или чем-то средним.
Большинство мини-Нептунов более чем в 1,6 раза больше Земли: меньше, чем Нептун, но слишком велики, чтобы иметь каменистые внутренности, такие как Земля. Более ранние исследования таких планет показали, что давление и температура под их богатой водородом атмосферой слишком высоки для поддержания жизни.
Однако недавнее исследование мини-Нептуна K2-18b, проведенное командой Мадхусудхана, показало, что при определенных условиях на этих планетах может существовать жизнь. В результате было проведено подробное исследование всего диапазона планетарных и звездных свойств, для которых возможны эти условия, какие известные экзопланеты могут удовлетворять этим условиям, и могут ли наблюдаться их биосигнатуры.
Расследование привело исследователей к выявлению нового класса планет, гикейских планет, с массивными океанами всей планеты под богатой водородом атмосферой. Гикейские планеты могут быть в 2,6 раза больше Земли и иметь температуру атмосферы почти до 200 градусов по Цельсию, но их океанические условия могут быть аналогичны тем, которые благоприятны для микробной жизни в океанах Земли. К таким планетам также относятся заблокированные приливом «темные» гикейские миры, пригодные для жизни только на их постоянной ночной стороне, и «холодные» гикейские миры, получающие мало излучения от своих звезд.
Планеты такого размера преобладают в известной популяции экзопланет, хотя они не были изучены почти так подробно, как суперземли. Гикейские миры, вероятно, довольно распространены, а это означает, что самые многообещающие места для поиска жизни в других частях Галактики, возможно, прятались у всех на виду.
Однако одного размера недостаточно, чтобы подтвердить, является ли планета гикейской: для подтверждения требуются другие аспекты, такие как масса, температура и атмосферные свойства.
Пытаясь определить, каковы условия на планете, находящейся за много световых лет от нас, астрономы сначала должны определить, находится ли планета в обитаемой зоне своей звезды, а затем искать молекулярные сигнатуры, чтобы сделать вывод об атмосферных характеристиках планеты. и внутреннюю структуру, которые определяют состояние поверхности, наличие океанов и потенциал для жизни.
Астрономы также ищут определенные биосигнатуры, которые могут указывать на возможность жизни. Чаще всего это кислород, озон, метан и закись азота, которые все присутствуют на Земле. Есть также ряд других биомаркеров, таких как хлористый метил и диметилсульфид, которые менее распространены на Земле, но могут быть многообещающими индикаторами жизни на планетах с богатой водородом атмосферой, где кислорода или озона может быть не так много.
«По сути, когда мы искали эти различные молекулярные сигнатуры, мы сосредоточились на планетах, подобных Земле, что является разумным местом для начала», - сказал Мадхусудхан. «Но мы думаем, что на гикейских планетах больше шансов найти несколько следов биосигнатур».
"Удивительно, что на планетах, столь отличных от Земли, могут существовать пригодные для жизни условия", - говорит соавтор Анджали Пиетт, тоже из Кембриджа.
Мадхусудхан и его команда обнаружили, что ряд следовых земных биомаркеров, которые, как ожидается, будут присутствовать в атмосфере Гикейских островов, можно будет легко обнаружить с помощью спектроскопических наблюдений в ближайшем будущем. Большие размеры, более высокие температуры и богатая водородом атмосфера гикейских планет делают их атмосферные сигнатуры гораздо более заметными, чем у земноподобных планет.
Кембриджская команда определила значительную выборку потенциальных гикейских миров, которые являются главными кандидатами для подробного изучения с помощью телескопов следующего поколения, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), который должен быть запущен в конце этого года. Все эти планеты вращаются вокруг красных карликов на расстоянии от 35 до 150 световых лет: близко по астрономическим стандартам. Запланированные наблюдения JWST наиболее многообещающего кандидата, K2-18b, могут привести к обнаружению одной или нескольких биосигнатурных молекул.
«Обнаружение биосигнатур изменит наше понимание жизни во Вселенной», - сказал Мадхусудхан. «Мы должны открыто говорить о том, где мы ожидаем найти жизнь и какую форму она может принять, поскольку природа продолжает удивлять нас зачастую невообразимыми способами».