Планеты Hycean: обнаружен новый класс горячих обитаемых планет, покрытых океаном

Астрономы определили новый класс экзопланет, сильно отличающийся от нашей, но способный поддерживать жизнь, что может значительно ускорить поиск жизни за пределами нашей Солнечной системы.

В поисках жизни в другом месте астрономы в основном искали планеты с такими же размерами, массой, температурой и составом атмосферы, как Земля. Однако астрономы из Кембриджского университета считают, что существуют более многообещающие возможности.

Исследователи говорят, что результаты могут означать, что обнаружение биосигнатур жизни за пределами нашей Солнечной системы в течение следующих двух или трех лет является реальной возможностью.

«Планеты Hycean открывают совершенно новые возможности для поиска жизни в других местах», — сказал доктор Никку Мадхусудхан из Кембриджского института астрономии, руководивший исследованием.

Многие из основных кандидатов Hycean, идентифицированные исследователями, больше и горячее, чем Земля, но все же обладают характеристиками, позволяющими принимать большие океаны, которые могут поддерживать микробную жизнь, аналогичную той, которая встречается в некоторых из самых экстремальных водных сред Земли.

Эти планеты также допускают гораздо более широкую обитаемую зону, или «зону Златовласки», по сравнению с планетами земного типа. Это означает, что они все еще могут поддерживать жизнь, даже если они находятся за пределами диапазона, в котором планета, подобная Земле, должна быть пригодной для жизни.

Тысячи планет за пределами нашей Солнечной системы были обнаружены с тех пор, как первая экзопланета была идентифицирована почти 30 лет назад. Подавляющее большинство — планеты размером между Землей и Нептуном, и их часто называют «суперземлями» или «мини-Нептунами»: они могут быть преимущественно скалистыми или ледяными гигантами с богатой водородом атмосферой или чем-то средним.

Большинство мини-Нептунов более чем в 1,6 раза больше Земли: меньше Нептуна, но слишком велики, чтобы иметь скалистые недра, такие как Земля. Более ранние исследования таких планет показали, что давление и температура под их богатой водородом атмосферой были бы слишком высокими для поддержания жизни.

Однако недавнее исследование мини-Нептуна K2-18b, проведенное командой Мадхусудхана, показало, что в определенных условиях эти планеты могут поддерживать жизнь. Результат привел к подробному исследованию всего диапазона планетных и звездных свойств, для которых эти условия возможны, какие известные экзопланеты могут удовлетворять этим условиям и можно ли наблюдать их биосигнатуры.

Исследование привело исследователей к выявлению нового класса планет, планет Гайкеи, с огромными океанами, охватывающими всю планету, под богатой водородом атмосферой. Планеты Hycean могут быть в 2,6 раза больше Земли и иметь температуру атмосферы почти до 200 градусов по Цельсию, но их океанические условия могут быть аналогичны условиям, способствующим микробной жизни в океанах Земли. К таким планетам также относятся заблокированные приливом «темные» миры Гайкеи, которые могут иметь пригодные для жизни условия только на своей постоянной ночной стороне, и «холодные» миры Гайкеи, которые получают мало излучения от своих звезд.

Планеты такого размера преобладают в известной популяции экзопланет, хотя они не были изучены так подробно, как суперземли. Миры Гайкеи, вероятно, довольно распространены, а это означает, что самые многообещающие места для поиска жизни в других частях Галактики могли скрываться у всех на виду.

Однако одного размера недостаточно, чтобы подтвердить, является ли планета Гайданом: для подтверждения требуются другие аспекты, такие как масса, температура и свойства атмосферы.

Пытаясь определить, каковы условия на планете за много световых лет от нас, астрономам сначала нужно определить, находится ли планета в обитаемой зоне своей звезды, а затем искать молекулярные сигнатуры, чтобы сделать вывод об атмосферной и внутренней структуре планеты, которая определяют состояние поверхности, наличие океанов и потенциал для жизни.

Астрономы также ищут определенные биосигнатуры, которые могут указывать на возможность существования жизни. Чаще всего это кислород, озон, метан и закись азота, которые все присутствуют на Земле. Есть также ряд других биомаркеров, таких как метилхлорид и диметилсульфид, которых меньше на Земле, но они могут быть многообещающими индикаторами жизни на планетах с богатой водородом атмосферой, где кислород или озон могут быть не так многочисленны.

«По сути, когда мы искали эти различные молекулярные сигнатуры, мы сосредотачивались на планетах, подобных Земле, что является разумным местом для начала», — сказал Мадхусудхан. «Но мы думаем, что планеты Hycean дают больше шансов найти несколько следов биосигнатур».

«Удивительно, что на планетах, столь отличных от Земли, могут существовать условия для жизни», — сказал соавтор Анджали Пьетт, также из Кембриджа.

Мадхусудхан и его команда обнаружили, что ряд следов наземных биомаркеров, которые, как ожидается, будут присутствовать в атмосферах Гайсана, будут легко обнаружены с помощью спектроскопических наблюдений в ближайшем будущем. Большие размеры, более высокие температуры и богатые водородом атмосферы планет Гокеан делают их атмосферные сигнатуры гораздо более заметными, чем планеты земного типа.

Кембриджская команда определила значительную выборку потенциальных миров Hycean, которые являются первыми кандидатами для подробного изучения с помощью телескопов следующего поколения, таких как космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), который должен быть запущен в конце этого года. Все эти планеты вращаются вокруг красных карликов на расстоянии 35–150 световых лет от нас: близко по астрономическим стандартам. Запланированные наблюдения JWST за наиболее многообещающим кандидатом, K2-18b, могут привести к обнаружению одной или нескольких молекул биосигнатуры.

«Обнаружение биосигнатуры изменит наше понимание жизни во Вселенной», — сказал Мадхусудхан. «Мы должны открыто говорить о том, где мы ожидаем найти жизнь и какую форму она может принять, поскольку природа продолжает удивлять нас зачастую невообразимыми способами».