Κατά το κυνήγι δυνητικά κατοικήσιμων εξωπλανητών, ένα από τα πιο σημαντικά πράγματα που αναζητούν οι αστρονόμοι είναι αν οι υποψήφιοι εξωπλανήτες περιστρέφονται ή όχι μέσα στην κατοικήσιμη ζώνη του αστεριού τους. Αυτό είναι απαραίτητο για να υπάρχει υγρό νερό στην επιφάνεια ενός πλανήτη, το οποίο με τη σειρά του είναι απαραίτητη προϋπόθεση για τη ζωή όπως το γνωρίζουμε. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια της ανακάλυψης νέων εξωπλανητών, οι επιστήμονες έχουν συνειδητοποιήσει μια ακραία περίπτωση γνωστή ως «κόσμος του νερού».
Οι υδάτινοι κόσμοι είναι ουσιαστικά πλανήτες που έχουν έως 50% νερό μάζα, με αποτέλεσμα επιφανειακούς ωκεανούς που θα μπορούσαν να έχουν βάθος εκατοντάδων χιλιομέτρων. Σύμφωνα με μια νέα μελέτη μιας ομάδας αστροφυσικών από το Πρίνστον, το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν και το Χάρβαρντ, οι υδάτινοι κόσμοι μπορεί να μην μπορούν να κολλήσουν στο νερό τους για πολύ καιρό. Αυτά τα ευρήματα θα μπορούσαν να έχουν τεράστια σημασία όταν πρόκειται για το κυνήγι κατοικήσιμων πλανητών στο λαιμό του κόσμου.
Αυτή η πιο πρόσφατη μελέτη, με τίτλο «Η αφυδάτωση των υδάτινων κόσμων μέσω ατμοσφαιρικών απωλειών», εμφανίστηκε πρόσφατα στο The Astrophysical Journal Letters. Με επικεφαλής τον Chuanfei Dong από το Τμήμα Αστροφυσικών Επιστημών του Πανεπιστημίου του Princeton, η ομάδα διεξήγαγε προσομοιώσεις υπολογιστών που έλαβαν υπόψη τι είδους συνθήκες θα αντιμετώπιζαν οι κόσμοι του νερού.
Αυτή η μελέτη οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στον αριθμό των ανακαλύψεων εξωπλανητών που έχουν γίνει γύρω από συστήματα αστεριών τύπου M (κόκκινος νάνος) χαμηλής μάζας τα τελευταία χρόνια. Αυτοί οι πλανήτες έχουν βρεθεί ότι είναι συγκρίσιμοι σε μέγεθος με τη Γη - που έδειξαν ότι ήταν πιθανότατα επίγεια (δηλ. Βραχώδη). Επιπλέον, πολλοί από αυτούς τους πλανήτες - όπως το Proxima b και τρεις πλανήτες στο σύστημα TRAPPIST-1 - βρέθηκαν να βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τις κατοικήσιμες ζώνες των αστεριών.
Ωστόσο, μεταγενέστερες μελέτες έδειξαν ότι το Proxima b και άλλοι βραχώδεις πλανήτες σε τροχιά γύρω από κόκκινα αστέρια νάνων θα μπορούσαν στην πραγματικότητα να είναι υδάτινοι κόσμοι. Αυτό βασίστηκε σε μαζικές εκτιμήσεις που ελήφθησαν από αστρονομικές έρευνες και στις ενσωματωμένες παραδοχές ότι τέτοιοι πλανήτες είχαν βραχώδη φύση και δεν είχαν τεράστια ατμόσφαιρα. Ταυτόχρονα, έχουν πραγματοποιηθεί πολλές μελέτες που έχουν προκαλέσει αμφιβολίες για το αν αυτοί οι πλανήτες θα μπορούσαν να συγκρατήσουν το νερό τους.
Βασικά, όλα αφορούν τον τύπο του αστεριού και τις τροχιακές παραμέτρους των πλανητών. Ενώ τα μακροχρόνια, κόκκινα αστέρια νάνων είναι γνωστά ότι είναι μεταβλητά και ασταθή σε σύγκριση με τον Ήλιο μας, το οποίο οδηγεί σε περιοδικές εκρήξεις που θα αφαιρούσαν την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη με την πάροδο του χρόνου. Επιπλέον, οι πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά μέσα σε μια κατοικήσιμη ζώνη ενός κόκκινου νάνου, πιθανότατα θα ήταν κλειδωμένα με παλιρροιακό τρόπο, πράγμα που σημαίνει ότι μια πλευρά του πλανήτη θα εκτίθεται συνεχώς στην ακτινοβολία του αστεριού.
Εξαιτίας αυτού, οι επιστήμονες επικεντρώνονται στον προσδιορισμό του πόσο καλά θα μπορούσαν οι εξωπλανήτες σε διαφορετικούς τύπους συστημάτων αστεριών να κρατήσουν στην ατμόσφαιρά τους. Όπως είπε ο Δρ Ντονγκ στο Space Magazine μέσω email:
«Είναι δίκαιο να πούμε ότι η παρουσία μιας ατμόσφαιρας θεωρείται ως μία από τις προϋποθέσεις για τη βιωσιμότητα ενός πλανήτη. Τούτου λεχθέντος, η έννοια της βιωσιμότητας είναι πολύπλοκη με πολλούς εμπλεκόμενους παράγοντες. Έτσι, μια ατμόσφαιρα από μόνη της δεν αρκεί για να εγγυηθεί τη βιωσιμότητα, αλλά μπορεί να θεωρηθεί ως ένα σημαντικό συστατικό για έναν πλανήτη για κατοικήσιμο ».
Για να ελέγξει εάν ένας κόσμος θα μπορούσε να διατηρήσει την ατμόσφαιρά του, η ομάδα διεξήγαγε προσομοιώσεις υπολογιστών που έλαβαν υπόψη μια ποικιλία πιθανών σεναρίων. Αυτά περιελάμβαναν τα αποτελέσματα αστρικών μαγνητικών πεδίων, εκτοξεύσεων στεφανιαίας μάζας και ατμοσφαιρικού ιονισμού και εξώθησης για διάφορους τύπους αστεριών - συμπεριλαμβανομένων των αστεριών τύπου G (όπως ο Ήλιος μας) και των αστεριών τύπου Μ (όπως Proxima Centauri και TRAPPIST-1).
Με αυτά τα αποτελέσματα, ο Δρ Ντονγκ και οι συνεργάτες του δημιούργησαν ένα ολοκληρωμένο μοντέλο που προσομοιώνει πόσο θα διαρκέσει η ατμόσφαιρα του εξωπλανήτη. Όπως το εξήγησε:
«Αναπτύξαμε ένα νέο μαγνητοϋδροδυναμικό μοντέλο πολλαπλών ρευστών. Το μοντέλο προσομοίωσε τόσο την ιονόσφαιρα όσο και τη μαγνητόσφαιρα στο σύνολό της. Λόγω της ύπαρξης του διπολικού μαγνητικού πεδίου, ο αστρικός άνεμος δεν μπορεί να σκουπίσει την ατμόσφαιρα απευθείας (όπως ο Άρης λόγω της απουσίας ενός παγκόσμιου μαγνητικού πεδίου διπόλου), αντ 'αυτού, η ατμοσφαιρική απώλεια ιόντων προκλήθηκε από τον πολικό άνεμο.
«Τα ηλεκτρόνια είναι λιγότερο ογκώδη από τα γονικά τους ιόντα και, ως εκ τούτου, επιταχύνονται πιο εύκολα μέχρι και πέρα από την ταχύτητα διαφυγής του πλανήτη. Αυτός ο διαχωρισμός φορτίου μεταξύ των διαφυγόντων, χαμηλής μάζας ηλεκτρονίων και σημαντικά βαρύτερων, θετικά φορτισμένων ιόντων δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο πόλωσης. Αυτό το ηλεκτρικό πεδίο, με τη σειρά του, δρα για να τραβήξει τα θετικά φορτισμένα ιόντα πίσω από τα ηλεκτρόνια που διαφεύγουν, από την ατμόσφαιρα στα πολικά καλύμματα. "
Αυτό που βρήκαν ήταν ότι οι προσομοιώσεις υπολογιστών τους ήταν σύμφωνες με το τρέχον σύστημα Earth-Sun. Ωστόσο, σε ορισμένες ακραίες δυνατότητες - όπως εξωπλανήτες γύρω από αστέρια τύπου Μ - η κατάσταση είναι πολύ διαφορετική και τα ποσοστά διαφυγής θα μπορούσαν να είναι χίλιες φορές μεγαλύτερα ή περισσότερα. Το αποτέλεσμα σημαίνει ότι ακόμη και ένας υδάτινος κόσμος, αν σε τροχιά γύρω από ένα κόκκινο αστέρι νάνου, θα μπορούσε να χάσει την ατμόσφαιρά του μετά από ένα gigayear (Gyr), ένα δισεκατομμύριο χρόνια.
Λαμβάνοντας υπόψη ότι η ζωή, όπως γνωρίζουμε, χρειάστηκαν περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια για να εξελιχθεί, ένα δισεκατομμύριο χρόνια είναι ένα σχετικά σύντομο παράθυρο. Στην πραγματικότητα, όπως εξήγησε ο Δρ Ντονγκ, αυτά τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι πλανήτες που περιστρέφονται γύρω από τα αστέρια τύπου Μ θα είναι πιεσμένοι για να αναπτύξουν τη ζωή:
«Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι οι πλανήτες των ωκεανών (σε τροχιά γύρω από ένα αστέρι που μοιάζει με ήλιο) θα διατηρήσουν την ατμόσφαιρά τους πολύ περισσότερο από το χρονικό κλίμακα Gyr, καθώς οι ρυθμοί διαφυγής ιόντων είναι πολύ χαμηλοί, επομένως επιτρέπει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής για να προέλθει από αυτούς τους πλανήτες. και εξελίσσονται ως προς την πολυπλοκότητα. Αντίθετα, για εξωπλανήτες σε τροχιά Μ-νάνων, θα μπορούσαν να έχουν εξαντληθεί οι ωκεανοί τους πάνω από το χρονικό κλίμακα Gyr λόγω των πιο έντονων περιβαλλόντων σωματιδίων και ακτινοβολίας που βιώνουν οι εξωπλανήτες σε κοντινές κατοικήσιμες ζώνες. Εάν η ατμόσφαιρα εξαντληθεί στο χρονικό διάστημα λιγότερο από το Gyr, αυτό θα μπορούσε να αποδειχθεί προβληματικό για την προέλευση της ζωής (αβιογένεση) στον πλανήτη. "
Για άλλη μια φορά, αυτά τα αποτελέσματα δημιουργούν αμφιβολίες σχετικά με την πιθανότητα κατοίκησης των συστημάτων κόκκινων νάνων. Στο παρελθόν, οι ερευνητές έχουν δείξει ότι η μακροζωία των κόκκινων αστεριών νάνων, τα οποία μπορούν να παραμείνουν στην κύρια ακολουθία τους για έως και 10 τρισεκατομμύρια χρόνια ή περισσότερο, τα καθιστούν τον καλύτερο υποψήφιο για εύρεση κατοικήσιμων εξωπλανητών. Ωστόσο, η σταθερότητα αυτών των αστεριών και ο τρόπος με τον οποίο είναι πιθανό να απομακρύνουν τους πλανήτες της ατμόσφαιρας τους φαίνεται να δείχνουν διαφορετικά.
Μελέτες όπως αυτή είναι επομένως εξαιρετικά σημαντικές στο ότι βοηθούν στην αντιμετώπιση του πόσο καιρό ένας δυνητικά κατοικήσιμος πλανήτης γύρω από ένα κόκκινο αστέρι νάνου θα μπορούσε να παραμείνει δυνητικά κατοικήσιμος. Ο Ντονγκ δήλωσε:
«Δεδομένης της σημασίας της ατμοσφαιρικής απώλειας στην πλανητική βιωσιμότητα, υπήρξε μεγάλο ενδιαφέρον για τη χρήση τηλεσκοπίων όπως το επερχόμενο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) για να προσδιοριστεί εάν αυτοί οι πλανήτες έχουν ατμόσφαιρες και, εάν ναι, πώς είναι η σύνθεσή τους . Αναμένεται ότι το JWST θα πρέπει να είναι ικανό να χαρακτηρίζει αυτές τις ατμόσφαιρες (εάν υπάρχουν), αλλά ο ποσοτικός προσδιορισμός των ποσοστών διαφυγής απαιτεί με ακρίβεια πολύ υψηλότερο βαθμό ακρίβειας και ενδέχεται να μην είναι εφικτός στο εγγύς μέλλον. "
Η μελέτη είναι επίσης σημαντική όσον αφορά την κατανόησή μας για το Ηλιακό Σύστημα και την εξέλιξή του. Κάποτε, οι επιστήμονες έχουν αποτολμήσει ότι τόσο η Γη όσο και η Αφροδίτη μπορεί να ήταν υδάτινοι κόσμοι. Πώς έκαναν τη μετάβαση από το να είναι πολύ υδαρές σε αυτό που είναι σήμερα - στην περίπτωση της Αφροδίτης, ξηρό και κολακευτικό. και στην περίπτωση της Γης, η ύπαρξη πολλαπλών ηπείρων - είναι μια πολύ σημαντική ερώτηση.
Στο μέλλον, αναλυτικότερες έρευνες αναμένονται που θα μπορούσαν να βοηθήσουν να ρίξουμε φως σε αυτές τις ανταγωνιστικές θεωρίες. Όταν το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) αναπτυχθεί την άνοιξη του 2018, θα χρησιμοποιήσει τις ισχυρές δυνατότητες υπερύθρων του για να μελετήσει πλανήτες γύρω από κοντινούς κόκκινους νάνους, με το Proxima b να είναι ένας από αυτούς. Αυτό που μαθαίνουμε για αυτό και άλλους απόμακρους εξωπλανήτες θα συμβάλουν πολύ στην ενημέρωση για την κατανόησή μας για το πώς εξελίχθηκε και το δικό μας Ηλιακό Σύστημα.
