Астрофизики показали, что в лишенной тяжелых элементов ранней Вселенной могли образоваться планеты, состоящие из соединений углерода и подходящие для зарождения жизни.

Вопрос о том, когда и где в ходе эволюции Вселенной образовались первые планетные системы, очень важен для понимания возникновения жизни. Наша Земля состоит главным образом из силикатных пород и железного ядра. В небольшом количестве присутствуют и другие тяжелые элементы. Земные живые организмы содержат углерод и кислород. Но все это возникло лишь на достаточно позднем этапе эволюции Вселенной. В самом начале она состояла из водорода и гелия и не содержала более тяжелых элементов. По современным представлениям первые звезды возникли уже через 100 миллионов лет после Большого взрыва. Эти недолговечные массивные звезды первого поколения в итоге взорвались как сверхновые и обогатили межзвездную среду тяжелыми элементами, синтезированными в их ядрах, в первую очередь углеродом. Получившаяся среда была еще бедна металлами. Их доля возрастет в результате деятельности звезд следующих поколений.

Углеродная планета. Синими пятнами художник изобразил водоемы, где могла бы возникнуть жизнь (изображение Christine Pulliam (CfA)).

Планеты образуются в результате осаждения вещества (аккреции) на первоначальный зародыш благодаря силе гравитации. Наличие тяжелых элементов необходимо не только для формирования пылевых частиц, которые служат строительными кирпичиками, но и для обеспечения достаточно большого срока жизни протозвездного диска, чтобы пылинки выросли и слиплись, образовав планетезималь, который в будущем превратится в планету. 

Исследователи из Кембриджа показали, что в бедной тяжелыми элементами ранней Вселенной, могли сформироваться углеродные планеты, состоящие из графита, карбидов и даже алмазов, вместо земных силикатов. Они промоделировали различные варианты их состава. Возможными оказались даже планеты, образованные исключительно углеродом и карбидом кремния. Наличие на таких планетах углерода, водорода и кислорода создает благоприятные условия для возникновения жизни. Возможно, именно этот этап эволюции Вселенным стал для жизни стартовым. Статья с результатами их работы принята к печати в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Препринт статьи доступен онлайн на сайте Arxiv.org.

В поиске подтверждения своей гипотезы исследователи обратили внимание на так называемые углеродные звезды. Это старые звезды, как правило, красные гиганты, бедные металлами, но богатые углеродом и кислородом. В частности, они содержат железа в сто тысяч раз меньше, чем наше Солнце. Такие звезды содержат больше углерода, чем можно было бы ожидать из обычной звездной эволюции. Это означает, что они сформировались еще до того, как межзвездная среда была обогащена тяжелыми элементами. Следует ожидать, что и в составе планетного вещества около них будет преобладать углерод. Так что именно там надо искать углеродные планеты, возможно, давшие начало жизни.

С большого расстояния углеродные планеты трудно отличить от планет подобных Земле. Их массы и размеры будут аналогичны. Здесь астрономам должно помочь изучение их атмосфер. Эти необычные миры должны быть окутаны окисью углерода и метана.

По материалам Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики