Знайдено найкращого кандидата в населені водні світи

За спектральними даними від «Джеймса Вебба» та результатами комп’ютерного моделювання атмосфери астрономи показали, що екзопланета LHS 1140 b — світ-океан. Причому за характеристиками це найкращий на сьогодні потенційно заселений світ, який підходить для пильного вивчення. Ще недавно вчені шукали екзопланети заради простого їх виявлення. Астрономи, як і раніше, часом знаходять незвичайні об’єкти на кшталт системи з шести «резонансних» екзопланет. Але набагато активніше вони тепер шукають екзопланети, які ми можемо детальніше розглянути та вивчити наявними інструментами.

Потенційне житло екзопланети залежить від багатьох факторів, але ще більше умов накладають доступні нам інструменти. По-перше, система має розташовуватися неподалік нас. По-друге, щоб ми могли розглянути атмосферу екзопланети, вона має літати досить близько до зірки. По-третє, вона повинна мати невеликий орбітальний період, щоб не доводилося десятиліттями чекати чергового прольоту. За такої близькості до зірки екзопланеті складно зберегти умови. Як мінімум зірка має бути спокійною і не надто спопеляючою. Наприклад, може бути червоний карлик (спектральний клас M). Сама планета теж має бути невеликою, приблизно розміром із Землю.

За минулі роки вдалося виявити приблизно півтора десятка планет діаметром менше ніж 1,5 діаметра Землі. Ще є міні-нептуни, які можуть бути водними світами, якщо перебувають подалі від зірки. На жаль, моделювання клімату та умов на таких планетах показало, що для запуску нестримного парникового ефекту (через який планета стає непридатною для життя) їм достатньо лише 0,3 випромінювання, яке отримує Земля від Сонця. Отже, малоймовірно, що у теплих міні-нептунах зберігається рідка вода.

Астрономам з Лабораторії реактивного руху та Каліфорнійського технологічного інституту (США) вдалося знайти водний світ, який за всіма параметрами підходить для подальших досліджень. Ним виявилася планета LHS 1140 b, перший опис якої вийшов у 2017 році. Вона літає у червоного карлика LHS 1140 в 48,8 світлового року від нас, який за масою та радіусом у шість разів менше Сонця (15%). Подальші дослідження показали, що LHS 1140 b може бути звичайною землеподібною планетою з атмосферою N₂-CO₂ або водним світом з багатою воднем атмосферою.

Щоб точніше характеризувати екзопланету, автори нової роботи використали дані космічного телескопа Джеймс Вебб. Вони очікували побачити багату воднем атмосферу з домішками водяної пари та інших газів, наприклад метану та вуглекислого газу. Але саме ці домішки, передбачені комп’ютерним моделюванням, телескоп не засік. Також з результатами спостережень не збіглися гіпотези про щільні хмари та шар димки.

Більш того, за словами дослідників, будь-яка велика і багата на водень атмосфера в умовах LHS 1140 b повинна супроводжуватися великою кількістю метану. Якщо планета не має такої щільної водневої атмосфери, то надзвичайно низьку щільність цього світу можна пояснити лише наявністю великого рідкого океану (або відсутністю ядра, але це зовсім малоймовірно).

В умовах слабкого випромінювання від зірки (42% від земного) та товстого шару води (10% маси планети) мантія у LHS 1140 b повинна бути крижаною. При дуже великих тисках водний лід може залишатися твердим навіть за високих температур (екзотичний лід), незважаючи на наявність над ним океану рідкої води. Ймовірно, він частково чи повністю перемішаний із глибшою кам’яною мантією.

Ймовірно, у процесі формування планета зібрала льоди, багаті на вуглецю і азот, тоді атмосфера в неї повинна складатися переважно з вуглекислого газу мулу азоту. У її атмосфері не переважає водень, отже, LHS 1140 b може бути гарячою планетою-океаном. Але навіть у холодних умовах, якщо планета підтримує відносно щільну CO2_/N2 атмосферу, на ній може зберігатися рідкий океан.

Моделювання показало, що за достатньої кількості спостережень (щонайменше дев’ять прольотів планети і натомість зірки) вчені зможуть підтвердити наявність CO₂-атмосфери. Загалом, LHS 1140 b — вкрай цікавий водний світ, що потенційно живе, який можна досліджувати вже сьогодні за допомогою інструментів «Джеймса Вебба».

Робота викладена у відкритий доступ на arXiv та відправлена ​​на рецензування до журналу The Astrophysical Journal Letters.