Астрономы выяснили, что наблюдаемый состав атмосферы кандидата в потенциально обитаемый гикеан K2-18b можно объяснить моделью безжизненного мини-нептуна, обладающего богатой газом атмосферой с высокой металличностью. Препринт работы доступен на сайте arXiv.org.
Одним из типов экзопланет, которые рассматриваются как потенциально обитаемые, стали гикеаны — субнептуны (два—четыре радиуса Земли), обладающие водородной атмосферой и океаном жидкой воды. Однако на сегодня известны лишь кандидаты в такие тела, наиболее известным стал K2-18b, обращающийся вокруг близкого к Солнцу красного карлика. В прошлом году телескоп «Джеймс Уэбб» нашел в атмосфере экзопланеты потенциальный биомаркер дисульфид, а содержание метана и углекислого газа в ней вписывалось в модель гикеана.
Группа астрономов во главе с Николасом Воганом (Nicholas F. Wogan) из Исследовательского центра Эймса представила свою интерпретацию данных наблюдений за K2-18b. Ученые сравнили данные транмиссионной спектроскопии атмосферы экзопланеты, полученные приборами NIRISS и NIRSpec «Джеймса Уэбба» с тремя моделями: безжизненный гикеан, потенциально обитаемый гикеан и безжизненный мини-нептун.
Модель безжизненного гикеана плохо подходит под данные наблюдений, так как фотохимические реакции не могут объяснить наблюдаемое обилие метана, который быстро разрушается за счет фотолиза и окислительных реакций. Для поддержания содержания метана на уровне одного процента в атмосфере K2-18b нужно наличие биосферы, производящей метан, подобной микробной жизни на Земле около трех миллиардов лет назад.
При этом у модели гикеана есть проблемы с устойчивостью умеренного климата, так как если нет переотражения звездного излучения высотными облаками или дымкой, то будет иметь место парниковый эффект. Кроме того, если экзопланета обладает тонкой водородной атмосферой, то возможна потеря последней под действием высокоэнергетического излучения звезды, а пополнение водородом атмосферы за счет вулканизма маловероятно.
Ученые пришли к выводу, что модель богатого газом мини-нептуна без выраженной поверхности способна объяснить наблюдаемые неравновесные концентрации метана и углекислого газа, а также верхние пределы содержания не обнаруженных «Джеймсом Уэббом» угарного газа и аммиака. В этом случае экзопланета будет обладать металличностью, в сто раз превосходящую солнечную, отношением C/O на уровне солнечного и внутренней температуре в 60 кельвин. Биосфера в этом случае не нужна, метан и углекислота возникают из-за термохимических реакций в глубоких слоях атмосферы, откуда поднимаются вверх, а отсутствие следов водяного пара в атмосфере можно объяснить его конденсацией или холодными ловушками.
Ранее мы рассказывали о том, как ученые нашли две землеподобные экзопланеты в обитаемой зоне очень близкого красного карлика.