Med lovom na potencialno bivalne eksoplanete je ena najpomembnejših stvari, ki jo astronomi iščejo, ali kandidati za eksoplaneto krožijo znotraj območja, v katerem živi njihova zvezda. To je potrebno, da tekoča voda obstaja na površini planeta, kar pa je pogoj za življenje, kot ga poznamo. Vendar so znanstveniki med odkrivanjem novih eksoplanetov spoznali skrajni primer, znan kot "vodni svetovi".
Vodni svetovi so v bistvu planeti, ki so v masi do 50% vode, zaradi česar so površinski oceani, ki bi lahko bili globoki na stotine kilometrov. Glede na novo raziskavo skupine astrofizikov iz Princetona, Univerze v Michiganu in Harvarda, vodni svetovi morda ne bodo mogli dolgo obesiti svoje vode. Te ugotovitve bi lahko imele ogromen pomen, ko gre za lov na bivalne planete na našem vratu kozmosa.
Ta zadnja raziskava z naslovom "Dehidracija vodnih svetov s pomočjo atmosferskih izgub" se je nedavno pojavila v The Astrophysical Journal Letters. Skupina pod vodstvom Chuanfeija Donga z oddelka za astrofizične znanosti na univerzi Princeton je izvedla računalniške simulacije, ki so upoštevale, kakšni pogoji bodo podvrženi vodnim svetom.
To študijo je v veliki meri motiviralo število eksoplanetnih odkritij v zadnjih letih okoli zvezdnih sistemov z nizko maso (rdeči pritlikavec). Ugotovljeno je bilo, da so ti planeti po velikosti primerljivi z Zemljo - kar je pomenilo, da so verjetno zemeljske (t.i. skalnate). Poleg tega je bilo ugotovljeno, da so mnogi od teh planetov - na primer Proxima b in trije planeti znotraj sistema TRAPPIST-1 - krožili v območjih, v katerih živijo zvezde.
Vendar pa so poznejše študije pokazale, da so Proxima b in drugi kamniti planeti, ki krožijo okoli rdečih pritlikavih zvezd, dejansko vodni svetovi. To je temeljilo na množičnih ocenah, pridobljenih z astronomskimi raziskovanji, in na vgrajenih predpostavkah, da so takšni planeti v naravi kamniti in nimajo ogromne atmosfere. Hkrati so bile narejene številne študije, ki postavljajo dvom, ali bi se ti planeti lahko zadržali v vodi ali ne.
V bistvu se vse spušča na vrsto zvezde in orbitalne parametre planetov. Medtem ko so rdeče pritlikave zvezde znane po tem, da so spremenljive in nestabilne v primerjavi z našim Soncem, kar ima za posledico občasne požare, ki bi sčasoma odstranili atmosfero planeta. Poleg tega bodo planeti, ki krožijo znotraj območja bivanja rdečega pritlikavca, verjetno zaprti, kar pomeni, da bo ena stran planeta nenehno izpostavljena sevanju zvezde.
Zaradi tega so znanstveniki osredotočeni na določitev, kako dobro bi se eksoplaneti v različnih vrstah zvezdnih sistemov lahko držali na svoji atmosferi. Kot je dr. Dong povedal za Space Magazine po e-pošti:
„Pošteno je reči, da je prisotnost ozračja ena od zahtev za bivanje planeta. Ob tem je koncept bivalnosti zapleten in vključuje številne dejavnike. Tako ozračje samo po sebi ne bo zadostilo za zagotovitev bivalnosti, vendar ga je mogoče šteti za pomembno sestavino planeta, ki ga lahko bivajo. "
Da bi preizkusili, ali se bo vodni svet lahko zadrževal v svojem ozračju ali ne, je ekipa izvedla računalniške simulacije, ki so upoštevale različne možne scenarije. Ti vključujejo učinke zvezdnih magnetnih polj, koronalne izmetne mase ter atmosfersko ionizacijo in izmet za različne vrste zvezd - vključno z zvezdami tipa G (kot naše Sonce) in zvezdami tipa M (kot Proxima Centauri in TRAPPIST-1).
Glede na te učinke sta dr. Dong in njegovi sodelavci ustvarili celovit model, ki je simuliral, kako dolgo bodo trajale atmosfere eksoplaneta. Kot je pojasnil:
»Razvili smo nov več tekočinski magnetohidrodinamični model. Model je simuliral tako ionosfero kot magnetosfero kot celoto. Zaradi obstoja dipolnega magnetnega polja zvezdni veter ne more zamahniti atmosfere neposredno (podobno kot Mars zaradi odsotnosti globalnega dipolnega magnetnega polja), namesto tega je polarni veter izgubil atmosferske ione.
"Elektroni so manj masivni od svojih matičnih ionov, zato se lažje pospešijo do in po tem, da hitrost planeta pobegne in presega. Ta ločitev naboja med uhajajočimi, elektroni z majhno maso in bistveno težjimi, pozitivno nabitimi ioni vzpostavi polarizacijsko električno polje. To električno polje pa deluje tako, da pozitivno nabiti ione potegne za izhajajočimi elektroni iz ozračja v polarnih pokrovčkih. "
Ugotovili so, da so bile njihove računalniške simulacije skladne s trenutnim sistemom Zemlja-Sonce. Vendar pa je v nekaterih ekstremnih možnostih - na primer eksoplanetih okoli zvezd tipa M - situacija zelo različna in stopnje bega bi lahko bile tisočkrat večje ali več. Rezultat pomeni, da bi celo vodni svet, če bi obkrožil rdečo pritlikavo zvezdo, lahko izgubil atmosfero po približno gigayear-u (Gyr), približno milijardo let.
Glede na to, da se je življenje, kot ga poznamo, razvijalo približno 4,5 milijarde let, je milijarda let razmeroma kratek okvir. Dejansko, kot je pojasnil dr. Dong, ti rezultati kažejo, da bi planeti, ki krožijo v zvezdih tipa M, močni za razvoj življenja:
"Naši rezultati kažejo, da bodo oceanski planeti (obkrožajočo sonce, podobno zvezdi) ohranili svojo atmosfero veliko dlje kot časovni razpon Gyr, saj so stopnje ionskih izhodov precej prenizke, zato omogoča daljše trajanje življenja na teh planetih in se razvijajo v smislu zapletenosti. Nasprotno pa bi lahko za eksoplanete, ki krožijo na M-pritlikavcih, njihovi oceani izčrpani preko časovnega pasu Gyr zaradi bolj intenzivnega okolja delcev in sevanja, ki ga eksoplaneti doživljajo v bližnjih bivalnih območjih. Če bi ozračje izčrpalo časovno lestvico manj kot Gyr, bi se to lahko izkazalo za problematično za izvor življenja (abiogeneza) na planetu. "
Ti rezultati ponovno postavljajo dvom v potencialno uporabnost sistemov rdečih pritlikavih zvezd. V preteklosti so raziskovalci navedli, da so dolgoživost rdečih pritlikavih zvezd, ki lahko ostanejo v njihovem glavnem zaporedju do 10 bilijonov let ali dlje, najboljši kandidat za iskanje življenjskih eksoplanetov. Vendar se zdi, da stabilnost teh zvezd in način, kako bodo verjetno odstranili planete njihove atmosfere, kažeta drugače.
Študije, kakršna je ta, so zato zelo pomembne, saj pomagajo obravnavati, kako dolgo bi lahko živel planet okoli rdeče palčeve zvezde. Dong je nakazal:
„Glede na pomen izgube atmosfere za planetarno bivalnost je bilo veliko zanimanja za uporabo teleskopov, kot je prihajajoči vesoljski teleskop James Webb (JWST), da se ugotovi, ali imajo ti planeti atmosfero, in če je tako, kakšna je njihova sestava . Pričakuje se, da bi JWST moral biti sposoben opisati to ozračje (če obstaja), vendar je za količinsko določanje stopenj izhoda potrebno veliko večjo natančnost in v bližnji prihodnosti morda ne bo izvedljivo. "
Študija je pomembna tudi glede našega razumevanja Osončja in njegovega razvoja. Nekoč so se znanstveniki odzvali, da sta bila Zemlja in Venera vodni svet. Kako so naredili prehod od zelo vodnega do tega, kar so danes - v primeru Venere suhe in peklenske; v primeru Zemlje, ki ima več celin, je zelo pomembno vprašanje.
V prihodnosti naj bi predvideli podrobnejše raziskave, ki bi lahko pomagale osvetliti te konkurenčne teorije. Ko bo spomladanski 2018 nameščen vesoljski teleskop James Webb (JWST), bo s svojimi zmogljivimi infrardečimi zmogljivostmi preučeval planete okoli bližnjih rdečih palčkov, eden izmed njih je Proxima b. Kar se naučimo o tem in drugih oddaljenih eksoplanetih, bomo šli daleč v smeri obveščanja o tem, kako se je razvil tudi naš lastni Osončje.
