Экзопланета GJ 1132 b лишилась своей первичной атмосферы, но потом смогла её восстановить.

В созвездии Парусов на расстоянии в сорок один световой год от Земли находится звезда GJ 1132 – небольшой красный карлик, примерно в пять раз меньше Солнца. В 2015 году рядом с этой звездой обнаружили землеподобную экзопланету – GJ 1132 b. Её размеры и масса были сопоставимы с нашей Землёй, однако пожить с комфортом на ней у вас вряд ли получилось бы. От своей звезды её отделяет всего 2.2 миллиона километров. Для сравнения, Меркурий, самая близкая к Солнцу планета, удалена от него в среднем на 60 миллионов километров, что не мешает Меркурию прогреваться выше 400°C. Несмотря на то, что красный карлик GJ 1132 светит и греет совсем не так, как Солнце, на экзопланете всё равно очень жарко – примерно +250 °C. Однако астрономов заинтересовала не «высокая температура» у экзопланеты, а её атмосфера, которой у неё вообще-то не должно было остаться.

GJ 1132 b в представлении художника. Илл.: NASA, ESA, and R. Hurt (IPAC/Caltech)

Когда вокруг молодой звёзды только-только образовались планеты, они могут иметь плотную первичную атмосферу, благо «строительного материала» в виде газообразного гелия и водорода в окружающем пространстве находится с избытком. Дальше атмосфера планеты может эволюционировать: вулканическая деятельность насыщает её разными газами, между ними происходят химические реакции, а более летучие компоненты со временем утекают в космическое пространство. Но если молодая планета оказывается совсем рядом с молодой же и активной звездой, а это как раз случай экзопланеты GJ 1132 b, то звезда может очень быстро сдуть с планеты её атмосферу свои мощным потоком заряженных частиц и излучения.

Со временем, когда планета остынет, а звезда станет более «спокойной», планета, может, и могла бы удержать какую-то атмосферу, но поезд, как говорится, уже ушёл – необходимому количеству газов просто неоткуда взяться. Однако, как пишут в Astronomical Journal исследователи из Калифорнийского технологического института, Центра радиоастрономии и астрофизики Маккензи и нескольких других научных центров, у экзопланеты GJ 1132 b это всё-таки получилось. Препринт статьи доступен на сайте arxive.org.

Астрономы изучали инфракрасные спектры атмосферы экзопланеты GJ 1132 b, полученные с помощью «Широкоугольной камеры 3» (WFC3)орбитального телескопа «Хаббл», и нашли в них сигналы, относящиеся к молекулам метана и синильной кислоты. Из-за своих особенностей инфракрасные спектры не позволяют получить данные обо всех химических компонентах атмосферы. Например, такие симметричные молекулы вроде водорода H₂, кислорода O₂ или азота N₂, состоящие всего из двух одинаковых атомов, невидимы для инфракрасного «глаза». Но дополнить недостающую информацию можно, построив модель эволюции атмосферы. Если наблюдаемый состав вписывается в предложенную модель, то модель с большей вероятностью можно считать реалистичной.

Протестировав на соответствие реальности несколько сценариев развития атмосферы GJ 1132 b, исследователи пришли к выводу, что наиболее вероятен следующий. Изначально у экзопланеты была плотная первичная атмосфера, состоящая из водорода и гелия, однако она практически всю её потеряла в первые 100 миллионов лет жизни. Тем не менее, пока экзопланета был горячей, и у неё не сформировалась твёрдая кора, достаточно большая масса водорода могла раствориться в горячей магме. Потом, когда планета остыла, этот водород мог постепенно выходить на поверхность из-за вулканической деятельности.

Остывшая планета и «успокоившаяся» звезда способствовали тому, что объёма высвобождающихся из магмы газов хватало, чтобы компенсировать их потерю за счёт утекания в космическое пространство. Экзопланета таким образом смогла вновь «отрастить» себе атмосферу (её ещё называют вторичной), компоненты которой и наблюдали астрономы.

Примечательно, что это первый случай, когда у экзопланеты обнаруживают вторичную атмосферу. Помимо GJ 1132 b существует много похожих на неё каменистых экзопланет (их ещё называют «суперземлями»), расположенных близко к своим звёздам. Поэтому, если даже у таких экзопланет может существовать атмосфера, то возрастает и число экзопланет, потенциально пригодных для существовании жизни. А значит, в их атмосферах можно поискать какие-нибудь биомаркеры и найти следы жизни раньше, чем это сделает Perseverance на Марсе.

По материалам arxiv.ru