Новый признак для поиска обитаемых экзопланет: "разрыв" CO-разгона

Поиск обитаемых экзопланет включает поиск планет с условиями, подобными земным. Ключевой фактор — нахождение планеты в обитаемой зоне звезды. Однако наличие жидкой воды — необходимое, но недостаточное условие. Углеродные соединения, такие как CO₂, CH₄ и CO, сыграли решающую роль в формировании климата и биогеохимии Земли и могли способствовать возникновению жизни.

Новое исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal, расширяет критерии поиска. Учёные смоделировали условия, которые могут привести к формированию богатой CO атмосферы на землеподобных планетах, вращающихся вокруг солнцеподобных (F-, G- и K-типа) звёзд. Это явление известно как CO-разгон (CO runaway).

"Возможность CO-разгона критически важна для решения фундаментальной проблемы происхождения жизни на Земле, поскольку различные органические соединения, подходящие для пребиотической химии, с большей вероятностью образуются в атмосфере, богатой CO, чем в атмосфере, богатой CO₂", — объясняет доктор Кадзуми Озаки.

Исследователи смоделировали цикл CO между атмосферой и океанами, учитывая:

• Источники CO: фотолиз CO₂ (основной источник), фотохимические реакции, вулканические газы, гидротермальное разложение формальдегида (H₂CO).
• Удаление CO: реакция с гидроксильными радикалами (OH), образующимися при фотолизе водяного пара, и осаждение на поверхность планеты.

CO-разгон происходит, когда производство CO превышает его удаление радикалами OH. Это может случиться при высоком уровне CO₂ или наличии восстановительных вулканических газов, которые конкурируют за OH-радикалы.

• При температуре 277 K разгон начинается, когда парциальное давление CO₂ превышает 0.2 бар.
• При более высоких температурах (_{300 K) для разгона требуются ещё более высокие уровни CO}2~ и вулканических газов из-за увеличения количества водяного пара — основного источника OH.

После начала разгона уровень CO в атмосфере ограничивается только осаждением на поверхность. Изменения уровней CO, CO₂ и CH₄ до и после разгона создают чёткий разрыв (gap) в фазовом пространстве, определяемом соотношениями их парциальных давлений (pCO/pCO₂ и pCH₄/pCO₂).

"Наши результаты показывают, что этот CO-runaway gap является общей чертой безжизненных землеподобных планет, вращающихся вокруг солнцеподобных звёзд, что даёт представление о характеристиках и потенциальной обитаемости экзопланет", — говорит доктор Озаки.

Это открытие даёт новый ценный инструмент для поиска среди десятков миллиардов планет земного размера в Млечном Пути тех, на которых условия могли благоприятствовать возникновению жизни.