Обитаемая зона для сложной жизни может быть значительно уже
С момента запуска космического телескопа Kepler число известных экзопланет выросло экспоненциально. Сейчас подтверждено 3917 планет в 2918 звездных системах, а 3368 ожидают подтверждения. Около 50 из них находятся в обитаемой зоне своих звезд, где на поверхности может существовать жидкая вода.
Однако новое исследование, проведенное под руководством Эдварда В. Швитермана (NASA, Калифорнийский университет в Риверсайде), предполагает, что зоны, пригодные для сложной жизни, могут быть значительно уже, чем считалось ранее. Это может резко сократить число «потенциально обитаемых» планет.
Ранее, основываясь на данных Kepler, ученые оценивали, что только в галактике Млечный Путь может быть до 40 миллиардов землеподобных планет, 11 миллиардов из которых вращаются вокруг звезд солнечного типа. Новое исследование ставит эти оптимистичные оценки под сомнение.
Швитерман и его коллеги учли, что для возникновения сложной жизни (как на Земле) необходимы не только вода, но и строго определенные уровни ключевых биосигнатур — кислорода, углекислого газа (CO2) и угарного газа (CO). Их избыток токсичен для сложных организмов, а недостаток препятствует эволюции ранних прокариот, без которых не могут появиться более сложные формы жизни.
Расчет обитаемой зоны традиционно предполагает «землеподобные» условия, включая стабилизацию климата за счет геохимического цикла карбонатов и силикатов. Этот цикл поддерживает относительно стабильный уровень CO2 в атмосфере, что влияет на температуру поверхности. Ближе к внутреннему краю зоны для этого нужно меньше CO2, а в средней и внешней частях — значительно больше.
В качестве примера команда рассмотрела суперземлю Kepler-62f, находящуюся на внешнем крае обитаемой зоны своей звезды K-типа. Расчеты показали, что для поддержания на ней жидкой воды потребовалась бы концентрация CO2 в 1000 раз выше, чем на Земле в эпоху появления сложной жизни (1,85 млрд лет назад). Такое количество CO2~ было бы токсично для большинства сложных земных организмов, что исключает Kepler-62f из кандидатов на обитаемость.
Учитывая эти физиологические ограничения, команда пришла к выводу, что обитаемая зона для сложной жизни может быть уже примерно в четыре раза по сравнению с предыдущими оценками.
Дополнительное ограничение связано с угарным газом: планеты, вращающиеся вокруг холодных звезд (например, красных карликов), могут иметь повышенный уровень CO. Это особенно важно, поскольку красные карлики составляют 75% звезд во Вселенной и считаются основными кандидатами для поиска каменистых планет.
Последствия:
- На планетах у поздних красных карликов или у внешнего края обитаемой зоны вряд ли стоит ожидать признаков разумной жизни или техносигнатур.
- Это исследование дополняет другие работы 2019 года, которые указывают на возможный дефицит строительных материалов для жизни или недостаток фотонов для фотосинтеза в системах красных карликов.
В совокупности это повышает вероятность того, что сложная жизнь в нашей галактике встречается реже, чем предполагалось. Однако окончательные выводы станут возможны с вводом в строй новых телескопов, таких как James Webb Space Telescope (JWST), Extremely Large Telescope (ELT) и Giant Magellan Telescope (GMT), которые позволят детально изучать атмосферы экзопланет.