Звёзды с низкой металличностью более благоприятны для жизни
Звёзды, содержащие относительно большое количество тяжёлых элементов, обеспечивают менее благоприятные условия для возникновения сложной жизни, чем звёзды с низкой металличностью. К такому выводу пришли учёные из Институтов солнечных системных исследований и химии Общества Макса Планка, а также из Гёттингенского университета.
Исследование показало, как металличность звезды связана со способностью её планет окружать себя защитным озоновым слоем. Ключевую роль играет интенсивность ультрафиолетового (УФ) излучения, которое звезда испускает в разных диапазонах длин волн. Работа даёт важные подсказки для поиска обитаемых планет с помощью космических телескопов.
Влияние УФ-излучения на атмосферу
В атмосферной химии Земли УФ-излучение солнца играет двойную роль:
- Длинноволновое UV-B излучение разрушает озон.
- Коротковолновое UV-C излучение способствует образованию защитного озона в средней атмосфере.
Учёные предположили, что УФ-свет может оказывать аналогичное комплексное влияние и на атмосферы экзопланет. Решающее значение имеют точные длины волн.
Методология: моделирование и звёздная металличность
Исследователи впервые учли влияние металличности — соотношения водорода к более тяжёлым элементам («металлам») в материале звезды. Для Солнца на один атом железа приходится более 31 000 атомов водорода. В расчёты включили звёзды с более низким и более высоким содержанием железа.
Для звёзд с температурой поверхности от ~5000 до ~6000 °C (к которым относится и Солнце с ~5500 °C) учёные:
- Рассчитали, какие именно длины волн составляют их УФ-излучение.
- С помощью химико-климатической модели высокого спектрального разрешения смоделировали, как это излучение влияет на атмосферы планет, находящихся в обитаемой зоне (где возможна жидкая вода).
Модель позволила изучить широкий спектр условий на экзопланетах и провести сравнение с историей атмосферы Земли за последние полмиллиарда лет, когда сформировался озоновый слой.
Ключевой результат: преимущество бедных металлами звёзд
Результаты моделирования оказались неожиданными:
- Звёзды с низкой металличностью в целом излучают больше УФ-света, чем богатые металлами.
- Однако критически важно соотношение излучений: у бедных металлами звёзд преобладает озонообразующий UV-C, что позволяет формироваться плотному озоновому слою. У богатых металлами звёзд доминирует озоноразрушающий UV-B, и защитная оболочка формируется гораздо слабее.
«Вопреки ожиданиям, бедные металлами звёзды должны обеспечивать более благоприятные условия для возникновения жизни», — заключает Анна Шапиро, ведущий автор исследования.
Это открытие может помочь будущим космическим миссиям, таким как миссия Esa Plato (запуск в 2026 году), которая будет искать обитаемые экзопланеты у солнцеподобных звёзд.
Парадоксальный вывод о будущем Вселенной
Исследование приводит к почти парадоксальному выводу: по мере старения Вселенная, вероятно, становится всё более враждебной к жизни.
Тяжёлые элементы образуются в недрах звёзд и выбрасываются в космос в конце их жизни, становясь строительным материалом для звёзд нового поколения.
«Каждая вновь образующаяся звезда имеет в своём распоряжении более богатый металлами строительный материал, чем её предшественницы. Звёзды во Вселенной с каждым поколением становятся всё более металлообогащёнными», — объясняет Анна Шапиро.
Согласно новому исследованию, вероятность того, что звёздные системы произведут жизнь, уменьшается по мере старения Вселенной. Однако поиск жизни не безнадёжен: многие звёзды — хозяева экзопланет — имеют возраст, сходный с возрастом Солнца, у которого на одной из планет существует сложная жизнь.