Красные карлики класса M – самые распространённые звёзды в нашей галактике, а возможно, что и во всей Вселенной. Они сравнительно маленькие, имеют довольно низкое внутреннее давление, поэтому термоядерная реакция в их недрах протекает медленно, а температура поверхности всего лишь около 2000 градусов. Поэтому такие звёзды имеют красный оттенок и могут существовать очень долго – даже при небольшом размере они расходуют своё вещество медленно, этот период может растянуться на десятки миллиардов лет.
Небольшой размер красных карликов помогает в поиске у них планет – их проще заметить при прохождении по диску, к тому же они обычно расположены очень близко к звезде. Сейчас известно множество таких систем, в которых есть по несколько планет, в том числе каменистых. Этот факт особенно привлекает учёных, так как красные карлики в принципе довольно перспективны для возникновения жизни в их системах.
Недавние исследования команды американских учёных под руководством Джошуа Криссансен-Тоттона, с участием Николаса Вогана, Мэгги Томпсона, и Джонатана Фортни, при поддержке NASA, дали новые результаты на вопрос существования благоприятных условий для возникновения жизни в системе красного карлика. В частности, для этого рассматривалась проблема существования атмосферы и жидкой воды, а использовались данные с телескопа «Джеймс Уэбб» по наблюдению за системой TRAPPIST-1 – в ней открыто уже 7 экзопланет. Результаты опубликованы на сайте Вашингтонского Университета.
Сложность условий на планетах в системе красного карлика
Большинство планет в системе красного карлика расположены близко к звезде, часто имеют эллиптическую орбиту, к тому же звёзды этого типа довольно нестабильны – на них случаются вспышки. Соответственно, зона обитаемости – так называемая «зона Златовласки», где возможно наличие на поверхности планеты жидкой воды, также находится довольно близко к звезде из-за её слабого излучения.
В силу всех этих факторов расположенная близко к звезде планета находится в гравитационном захвате и на её поверхности существует огромная разница температур, так как одна сторона всегда повёрнута к звезде и сильно нагревается, а другая постоянно в тени. Наличие конвекции в атмосфере и облачность могли бы сгладить этот эффект, но есть и другая проблема – красный карлик на небольшом расстоянии обладает мощным излучением в различных спектрах, особенно в ультрафиолетовом и инфракрасном. В этой связи ещё на стадии формирования планета должна активно терять водород и прочие лёгкие газы, из-за чего атмосфера у неё отсутствует. Моделирование подтвердило такие выводы.
Расположенные близко к звезде планеты представляют собой горячие миры совершенно без атмосферы, или с её минимальными следами, подобные Меркурию.
Однако более удалённые от звезды планеты вполне могли бы иметь атмосферу. Благодаря более низкой температуре свободный водород в их атмосфере может вступать в реакцию с кислородом и образовывать воду. Процессы потери водорода и других газов гораздо менее интенсивны, поэтому такие планеты должны иметь более плотную атмосферу с разнообразным составом. Моделирование показало, что на таких планетах состояние атмосферы постепенно стабилизируется, она становится постоянной, в ней вполне возможно такое явление, как дождь.
Перспективы исследований системы TRAPPIST-1
Система TRAPPIST-1, расположенная в созвездии Водолея на удалении около 40 световых лет от Земли, – идеальный кандидат для изучения системы красного карлика. Возможности телескопа «Джеймс Уэбб» позволяют получить много данных по этой системе, но самое главное – в ней уже известно 7 планет, расположенных на разном удалении от звезды, среди которых есть и каменистые, некоторые расположены в обитаемой зоне, в их составе выявлено наличие воды. Однако каменистые планеты этой системы расположены слишком близко к звезде, и исследования показали, что они не имеют атмосферы.
Более удалённые планеты требуют дополнительных исследований, так как их изучение затруднено. Дело в том, что ближайшие к звезде планеты более горячие и дают больше теплового излучения, которое позволяет получить дополнительные данные по их составу, причём на них меньше влияет излучение самой звезды. Удалённые планеты изучать гораздо сложнее. Поэтому планеты в системе TRAPPIST-1, расположенные в обитаемой зоне, где возможно существование плотной атмосферы и жидкой воды, ещё ждут более детального исследования. Моделирование показало, что на них вполне могут существовать благоприятные для жизни условия.
Достаточно удалённые от красного карлика планеты вполне могут иметь атмосферу и жидкую воду на поверхности.
Как сказала руководитель исследования Криссансен-Тоттон, сейчас возможностей телескопа «Джеймс Уэбб» хватает для изучения только нескольких ближайших к звезде каменистых планет системы TRAPPIST-1. Однако это не повод остановить исследования для ожидания появления нового поколения мощных телескопов, и учёные попытаются извлечь максимум данных из имеющихся технологий, чтобы более точно установить существующие условия на этих планетах и их пригодность для жизни.
Ранее другая группа учёных проводила исследование другой системы красного карлика – Gliese 581, и также пришла к выводу, что у таких звёзд вполне возможно существование пригодных для жизни условий.
