Землеподобные планеты в системах красных карликов: Аракис или Солярис?

Фред Сьесла (Fred Ciesla) из Чикагского университета (США) попробовал оценить количество воды на планетах, обитающих в окрестностях самой многочисленной и долгоживущей категории звёзд, известных как красные карлики.

Они могут быть во много раз легче Солнца, и мы точно знаем, что вокруг них часто можно найти экзопланеты. Но как много на последних воды? Ранние попытки компьютерного моделирования образования планет у красных карликов заставили некоторых исследователей заявить, что воды там, вероятно, очень мало.

Суть проблемы в том, что, по современным воззрениям, во внутренней части протопланетного диска слишком тепло для сохранения в нём существенных количеств воды. А вот за «снеговой линией», в Солнечной системе располагавшейся в 2,5 а. е. от Солнца, водный лёд вполне мог существовать длительное время. Земля, предположительно, образовалась много ближе снеговой линии, а потому должна быть сухой планетой — вроде Аракиса из «Дюны». Есть механизмы (включая кометную бомбардировку), которые позволили обмениваться водой той части системы, что находилась за снеговой линией и планетам внутри неё. Именно так у нас появились океаны, считают отдельные специалисты.

Только вот красные карлики, не столь массивные, как наше Солнце, начинают формирование системы со значительно меньшими протопланетными дисками. А маленькие диски, согласно всем современным компьютерным моделям, располагают менее интенсивным гравитационным взаимодействием и более стабильны, что означает подавленный перенос материалов из-за снеговой линии к планетам внутри неё. Кроме того, у молодых красных карликов выше светимость. Иначе говоря, они «разгораются» раньше (в сравнении с жёлтыми карликами тех же возрастов). Отсюда следует, что снеговая линия даже в ранних системах вокруг них будет находиться дальше от более поздней зоны обитаемости, чем это было в Солнечной.

Фред Сьесла подчёркивает, что эти модели не учитывали отличий в химии менее крупных протопланетных дисков, которые попытался проанализировать он. Конкретно речь идёт об алюминии-26 — радиоактивном изотопе с периодом полураспада в 700 тыс. лет. Из-за короткой жизни он выступал главным фактором нагрева планетезималей («зародышей» планет), заставляя их плавить свой лёд, после чего часть воды терялась, а часть, напротив, реагировала с минералами планетезималя, и те гидратировались...

Таким образом, даже за пределами снеговой линии часть воды могла быть потеряна астероидами, с которыми её остатки позднее попали на Землю. В таком сценарии планеты земной группы явно получают меньше воды, чем если бы алюминия-26 в протопланетном диске не было.

Но не каждая планетарная система должна иметь большое количество алюминия-26, утверждает учёный. Дело в том, что он рождается только в массивных звёздах, и его относительное изобилие в Солнечной системе не вполне понятно. Скорее всего, это продукт близкого взрыва сверхновой или звёздного ветра от массивной звезды-соседа, появившейся близко от того облака, из которого образовались Солнце и планеты.

Тем не менее эта черта вряд ли является общей, ибо такое опасное соседство статистически не очень вероятно. Поэтому, по расчётам г-на Сьеслы, планеты земных размеров у красных карликов вполне могут иметь воду, даже несмотря на малый размер диска, ведь планетезимали, из которых такие тела возникли, не потеряли воду из-за нагрева алюминием-26.

Впрочем, это не единственная модель такого рода, ставящая под сомнение сухость планет у красных карликов. Сегодня набирает популярность гипотеза Grand Tack, согласно которой главным фактором миграции тел из внешней части Солнечной системы во внутреннюю и обогащения Земли водой послужил Юпитер, точнее, его перемещение к Солнцу и от него, связанное со взаимодействием с другим газовым гигантом — Сатурном. Между тем такие взаимодействия должны быть характерны и для систем с протопланетным диском малых размеров. То есть «доставка воды» в тамошние миры земной группы всё равно осуществлялась.

Не стоит забывать и о недавних итогах изучения истории воды на Луне: как оказалось, спутник располагал ею уже 4,5 млрд лет назад, то есть до массовой миграции тел из-за снеговой линии к Солнцу.

Если оба эти фактора действительно работают так, как считают астрономы, многие миры в системах красных карликов могут быть, в противовес Земле, океанидами, ибо доставка воды и её избыток в планетезималях обязаны повысить уровень «обводнённости» таких тел.

Подготовлено по материалам Space.Com.