Астрономы: «Паровые миры» могут помочь в поиске внеземной жизни

Астрономы предполагают, что необычные «паровые миры» могут содержать ключ к пониманию того, где за пределами Земли может существовать жизнь. Согласно новому исследованию Калифорнийского университета в Санта-Крузе, поведение воды в условиях экстремальных давлений и температур внутри планет, известных как суб-Нептуны, может создавать условия для необычных фаз воды, включая сверхкритические жидкости и суперионный лёд.

Эти находки могут помочь в интерпретации данных с телескопа «Джеймс Уэбб» и других будущих миссий, направленных на изучение самого распространённого типа планет в нашей галактике. Суб-Нептуны, которые больше Земли, но меньше Нептуна, составляют большинство из обнаруженных на сегодня экзопланет. В отличие от ледяных спутников нашей Солнечной системы, эти планеты обращаются близко к своим звёздам и покрыты плотными паровыми атмосферами. Из-за чрезвычайно высоких температур, исключающих существование жидкой воды, учёные задавались вопросом, возможно ли в таких условиях поддержание химических процессов, необходимых для жизни.

Хотя «паровые миры» были впервые предложены около двадцати лет назад, сейчас их существование подтверждается наблюдениями. Телескоп «Джеймс Уэбб» уже обнаружил водяной пар вокруг нескольких суб-Нептунов, и в ближайшем будущем ожидается изучение многих других. Однако детали о внутреннем строении этих планет под атмосферой остаются в значительной степени неизвестными.

Чтобы восполнить этот пробел, команда под руководством исследователя Артема Агишина, совместно с Натали Баталхой и Джонатаном Фортни, разработала новую модель для богатых водой планет. Их исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal, объединяет лабораторные данные о поведении воды в экстремальных условиях, выходя за рамки предыдущих моделей, созданных для ледяных спутников, таких как Европа или Энцелад.

Внутри суб-Нептунов вода может существовать в формах, отличных от пара или жидкости. Под воздействием высоких температур и давления она может превращаться в сверхкритическую жидкость, обладающую свойствами как газа, так и жидкости, или в суперионный лёд — необычное состояние, в котором ионы водорода движутся через кристаллическую решётку кислорода. Учёные смогли ненадолго воспроизвести оба состояния в лаборатории, но предсказать их полное поведение остаётся сложной задачей.

Как пояснила Натали Баталха, недра планет являются естественными «лабораториями» для изучения условий, которые трудно воспроизвести на Земле, а водные миры в этом смысле особенно экзотичны. Интегрировав эти экзотические фазы в свои модели, исследователи стремятся лучше связать то, что телескопы наблюдают в атмосфере планеты, с процессами, происходящими в её глубинах.

Суб-Нептуны отличаются от ледяных спутников как по массе, так и по структуре; они массивнее в десять-сто раз и не имеют твёрдой ледяной поверхности. Однако их плотные паровые атмосферы и слои сверхкритической воды могут поддерживать незнакомые нам типы химии. Модели команды также учитывают, как суб-Нептуны меняются со временем, имитируя движение воды в недрах планеты на протяжении миллионов или миллиардов лет. Эта эволюционная перспектива может быть важна для идентификации признаков обитаемости в различных планетных системах.

Предстоящие наблюдения предоставят возможности для проверки этих предсказаний. Телескоп «Джеймс Уэбб» продолжит изучение суб-Нептунов, а миссия Европейского космического агентства PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) в будущем предоставит дополнительные данные.

Хотя суб-Нептуны, возможно, слишком горячи для жизни в том виде, в каком мы её знаем, изучение их богатых водой недр может повлиять на более широкий поиск обитаемых сред. Поскольку это самый распространённый тип планет в нашей галактике, исследование их структуры помогает астрономам лучше понять, как вода, одна из самых распространённых молекул во Вселенной, влияет на эволюцию планет и потенциал для возникновения жизни. Как заключает Натали Баталха, в будущем мы можем обнаружить, что часть этих водных миров представляет собой новые ниши для жизни в галактике.