Астрономи відкрили вже тисячі екзопланет. Але незважаючи на це досі головна проблема — як визначити серед них ті, які придатні для життя. Оскільки ми не можемо прямо вивчати ці планети, науковці змушені шукати непрямі ознаки. Вони відомі як біологічні ознаки (біосігнатури), утворені з хімічних побічних продуктів, які ми пов’язуємо з органічним життям, що виникає в атмосфері планети.
Дослідження, виконане колективом науковців NASA під керівництвом Володимира Айрапетяна (Vladimir Airapetian), пропонує новий метод пошуку потенційних ознак життя за межами Сонячної системи. Ідея, яку вони рекомендують, полягає в тому, щоб скористатися спалахами, які часто бувають в холодних, молодих карликових зір. Ці спалахи спричиняють викиди величезних хмар зоряної речовини та випромінювання в космос. Взаємодія цієї матерії з екзопланетними атмосферами приводить до появи біосігнатур, які можна виявити.
Маяки життя можуть допомогти дослідникам визначити потенційно населені екзопланети. Фото з сайту www.universetoday.com.
Традиційно дослідники шукають ознаки кисню та метану в екзопланетних атмосферах, оскільки це добре відомі побічні продукти органічних процесів. З часом ці гази накопичуються, досягаючи кількості, яку можна виявити методом спектроскопії. Однак цей підхід вимагає багато часу для отримання спектру далекої екзопланети.
Айрапетяна та його колеги вважають: можна шукати сильніші біосігнатури на потенційно населених світах. Новий метод спиратиметься на існуючу технологію та ресурси, а його застосування вимагатиме значно менше часу. Айрапетян в прес-релізі NASA пояснив: «Ми ведемо пошук молекул, сформованих із фундаментальних передумов життя, зокрема молекулярного азоту, що становить 78 відсотків нашої атмосфери. Це основні молекули, які біологічно чисті й можуть давати сильне інфрачервоне випромінювання, що збільшує наш шанс їх виявити».
Використавши життя на Землі як шаблон, Айрапетян і його команда спроектували новий спосіб пошуку ознак побічних продуктів водяної пари, азоту та кисню в екзопланетних середовищах. Його особливість в тому, що він ґрунтується на екстремальних погодних явищах в космосі, які трапляються з активними карликовими зорями. Ці події приводять до того, що в атмосферах планет відбуваються хімічні реакції, прояви яких астрономи можуть реєструвати.
Відомо, жовті зорі (типу G) активні протягом мільярдів років і генерують потоки енергійних, заряджених частинок. А зорі М-типу (червоні карлики), найпоширеніший тип зір у Всесвіті, активні протягом усього життя. Їхні періодичні міні-спалахи впливають на планети, що обертаються навколо таких зір.
Уявлення художника про холодну червону зорю над поверхнею далекої екзопланети. Фото з сайту www.universetoday.com.
Коли продукти спалаху досягають екзопланети, вони взаємодіють з атмосферою і викликають хімічну дисоціацію азоту (N2) та кисню (О2) на окремі атоми, а водяної пари — у водень та кисень. Розщеплені атоми азоту та кисню спричиняють каскад хімічних реакцій, наслідком яких є гідроксил (ОН), багато молекулярного кисню (О) та оксид азоту (НО) — науковці їх називають «атмосферними маяками» (atmospheric beacons).
Коли випромінювання зорі проникає в атмосферу планети, ці молекули-маяки поглинають енергію та випромінюють інфрачервоне світло. Виявляючи цілком певні довжини хвиль такого світла, науковці вміють визначати хімічні елементи. Сила сигналу цих елементів також є показником атмосферного тиску. Отримані дані в сукупності дозволяють дослідникам визначати густину і склад атмосфери.
У своєму дослідженні група Айрапетяна використовувала дані місії NASA TIMED (Thermosphere Ionosphere Mesophere Energetics Dynamics), яка протягом багатьох років вивчала формування маяків у атмосфері Землі, а також власні дані зондування атмосфери з допомогою інструменту SABER (Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry). Це дозволило науковцям імітувати, як інфрачервоні прояви цих маяків можуть виникати в атмосферах екзопланет.
Уявлення художника про космічний апарат TIMED, що спостерігає за атмосферою Землі протягом 15 років. Фото з сайту www.universetoday.com.
Мартін Млиньчак (Martin Mlynczak), головний дослідник SABER в дослідницькому центрі Ленґлі та співавтор статті, зазначив: «Беручи до уваги те, що ми знаємо про інфрачервоне випромінювання, яке виникає в атмосфері Землі, ідея полягає в тому, щоб подивитися на екзопланети та з’ясувати, які сигнали ми можемо виявити. Якщо ми знайдемо екзопланетні сигнали практично в тій же пропорції, що й на Землі, то можна сказати: планета є хорошим кандидатом для існування на ній життя».
Дослідники виявили, що частота інтенсивних зоряних спалахів прямо пов’язана з силою теплових сигналів, що надходять від атмосферних маяків. Що більше відбувається спалахів, то більше молекул маяка виникає, створюючи сигнал, достатній для його реєстрації з допомогою космічного телескопа лише за дві години спостережень.
Також з’ясовано, що цей метод дозволяє виявляти екзопланети, які не мають такого магнітного поля як в Землі. Воно, як відомо, взаємодіє із зарядженими частинками, що надходять від Сонця. Наявність такого поля зберігає атмосферу планети і тому є важливим для життя. Айрапетян зауважив: «Планеті потрібне магнітне поле, яке захищає її атмосферу і поверхню від зоряних спалахів та радіації. Якщо зоряні вітри не такі екстремальні, щоб притискати магнітне поле екзопланети до її поверхні, то воно запобігає витоку атмосфери в космічний простір і тому в атмосфері більше частинок і сильнішим є інфрачервоний сигнал.»
Запропонований метод важливий з кількох причин. З одного боку, це показує, що дослідження, яке дозволило докладно вивчати атмосферу Землі та її взаємодію з космічною погодою, тепер можна застосувати до вивчення екзопланет. Це вражає, бо з’являється можливість нових досліджень придатних для життя екзопланети навколо деяких класів зір — від багатьох типів жовтих та оранжевих до холодних, червоних карликових зір.
Червоні карлики — найпоширеніший тип зір у Всесвіті. Вони становлять 70% зір у спіральних та 90% в еліптичних галактиках. Ба більше, на підставі останніх відкриттів, за оцінками астрономів, червоні карлики можуть мати системи твердих планет. Наукова група також передбачає, що з допомогою нового методу космічні інструменти наступного покоління, такі як космічний телескоп Джеймса Вебба, збільшать імовірність виявлення придатних для життя планет.
За інф. з сайту www.universetoday.com
