Открыт новый процесс, помогающий планетам становиться обитаемыми

Развитие жизни зависит от атмосферы планеты. Но как именно газовая оболочка накапливает необходимые вещества?

Экзопланеты, уже после прохождения основных этапов формирования и наращивания атмосферы, продолжают улавливать блуждающий по системе газ, накапливая тем самым углерод, воду и другие вещества, потенциально делающие их пригодными для жизни. К такому выводу пришла команда астрономов в ходе наблюдения за окружением большого количества молодых звезд, у которых они обнаружили диски из «позднего» газа, вероятно, выделяющегося в ходе столкновений на периферии систем оставшихся после строительства планетезималей диаметром в несколько десятков километров. Результаты исследования представлены в журнале Nature Astronomy.

«На данный момент подтверждено существование более 4 тысяч экзопланет, удивляющих своим разнообразием и обилием систем, в которых они проживают. Подробные наблюдения некоторых из них показали серьезные различия в составе и строении атмосфер, и принято считать, что это обусловлено историей и процессами формирования», – рассказывает Кантен Краль, ведущий автор исследования из Парижской обсерватории в Медоне (Франция).

Изображение протопланетного диска вокруг молодой звезды MWC 758. Credit: ESO/R. Dong et al.; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Атмосфера любой планеты представляет собой смесь различных газов: присутствовавших с момента ее зарождения в окружении звезды, выброшенных вулканами из недр, а также «депонированного» кометами. Однако, как оказалось, существует и четвертый процесс доставки газа, который, по мнению астрономов, может доминировать над всеми остальными.

Используя массив радиотелескопов ALMA, работающих в субмиллиметровом диапазоне длин волн, астрономы обнаружили газообразные диски вокруг очень большого числа звезд, образовавшиеся после того, как планеты в их системах завершили формирование в своих первоначальных коконах. Этот газ будет обогащать атмосферы внесолнечных миров на протяжении нескольких десятков миллионов лет.

«Газ, вероятно, выделяется в ходе столкновений планетезималей на периферии планетных систем. Он, в основном, состоит из окиси углерода и, вероятно, воды, а также более сложных молекул. Анализ распределения газа показывает, что он переносится внутрь системы и, следовательно, может быть захвачен планетами», – пояснил Кантен Краль.

Художественное представление столкновений планетезималей с выделением газа на переферии планетной системы с последующим его переносом к внутренним планетам и накоплением в их атмосферах. Credit: Provided by Quentin Kral

Такой процесс очень эффективен и позволяет планете накапливать атмосферу, в несколько раз превышающую массу Земли. При этом летучие вещества, такие как углерод и азот, которые могут высвобождаться в этих «поздних» газовых дисках только на большом расстоянии от звезды, позже доставляются к внутренним планетам.

Этот перенос на большие расстояния довольно уникален и потенциально может быть благоприятным для развития первых строительных блоков жизни. Например, наличие жидкой воды и долгосрочного умеренного климата благодаря присутствию в атмосфере CO2 или некоторых других парниковых газов способствует появлению жизни из пребиотической химии, основанной на принесенных летучих веществах.

Изображение Юпитера, созданное из снимков, полученных космическим аппаратом NASA «Juno» 1 апреля 2018 года. Credit: NASA / SwRI / MSSS / Gerald Eichstädt / Seán Doran

«Мы обнаружили, что поздняя аккреция газа может влиять даже на состав планет-гигантов, подобных Юпитеру в Солнечной системе, доставляя более тяжелые молекулы в их богатые водородом оболочки, то есть увеличивая металличность. Более того, она способна изменить у них отношение углерода к кислороду, которое является основным при раскрытии истории образования их атмосфер», – заключил Кантен Краль.