Экзопланета под названием K2-18b была предложена в качестве "хорошего" места для поиска инопланетной жизни, однако новое исследование свидетельствует о том, что она, с очень большой долей вероятности, состоит из раскаленного газа.
Впечатление художника: Гипотеза о том, что K2-18b является потенциально пригодным для жизни океаническим миром, может оказаться неверной. NASA, CSA, ESA, J. Olmsted (STScI)
Далекая планета, которую недавно называли потенциальным местом для поиска инопланетной жизни, на самом деле, крайне негостеприимна, утверждают астрономы. Эксперты считают, что у нее, скорее всего, нет твердой поверхности. В 2015 году на расстоянии 110 световых лет от нашей планеты была обнаружена планета под названием K2-18b. По предварительным оценкам, она представляет собой суперземлю или мини-нептун, масса которого в восемь раз превышает массу Земли.
В 2019 году астрономы нашли доказательства наличия водяного пара на этой планете. Поскольку K2-18b находится в обитаемой зоне своей звезды - области, в которой вода может существовать в жидком состоянии на поверхности планеты, — это позволило предположить, что она может быть океаническим миром или гикеаном. Надежды еще больше укрепились после того, как в 2023 году исследование обнаружило доказательства наличия диметилсульфида - органического соединения, вырабатываемого на Земле только живыми организмами, в основном морским фитопланктоном.
Однако недавно Николас Воган из Исследовательского центра НАСА имени Эймса в Калифорнии и его коллеги провели повторный анализ K2-18b, используя данные космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST). Они пришли к выводу, что вероятность того, что эта планета является пригодным для жизни океаническим миром, очень мала. По их словам, обилие метана и диоксида углерода, обнаруженное JWST, указывает на то, что планета скорее представляет собой богатый газами мини-нептун без характерной поверхности, чем пригодную для жизни суперземлю с океаном и морским дном. Если K2-18b была бы океанической или "гианической" планетой, эти газы просто разрушились бы в результате химического процесса, называемого фотодиссоциацией.
Исследователи в своей работе пишут, что возможны два варианта: планета может быть либо "океаническим миром, населенным метаногенными организмами" - производящими метан - "либо обычным мини-Нептуном без выраженной поверхности". Последний вариант наиболее вероятен и требует меньшего количества предположений".
"В целом, мы отдаем предпочтение варианту с мини-Нептуном", - сообщают эксперты. "Причём в обоих случаях следы диметилсульфида могут быть просто ложным сигналом". Томас Битти из Университета Висконсин-Мэдисон говорит, что эта работа подчеркивает, что любые заявления о пригодности планеты для жизни или о наличии на ней биосигнатур должны пройти строгую проверку.
Моделирование показало, что пролетающая мимо звезда может выбросить Землю из Солнечной системы
"Получить действительно положительное подтверждение того, что на планете существует жизнь, будет чрезвычайно сложно", - говорит он. "Нам придется исключить все "не-жизненные" варианты, чтобы в итоге наиболее вероятным результатом стала жизнь". Результаты других недавних исследований K2-18b указывают на несколько иной вариант. K2-18b может оказаться гигантским миром с океанами, в которых вместо воды содержится магма, то делает его столь же маловероятным для возникновения жизни.
Воган и его коллеги отмечают, что если в будущем диметилсульфид будет обнаружен в более достоверных количествах, то "будет весьма сложно объяснить факт его присутствия", даже если планета не является пригодным для жизни океаническим миром. Дальнейшие наблюдения JWST помогут точно определить, какой сценарий наиболее верен.
Аннотация к научной статье
Многие изучаемые мини-Нептуны имеют плотность, потенциально соответствующую тому, чтобы на них существовали обширные океаны с жидкой водой (планеты-гиганты). Наличие CO2 и одновременное отсутствие аммиака (NH3) в их атмосферах было предложено в качестве "отпечатка пальца" таких миров. Наблюдения JWST за K2-18b, архетипичной планетой-гигантом, показали присутствие в атмосферах углекислого газа и низкое содержание NH3 до <100 ppm. Таким образом, была выдвинута гипотеза, что на этой планете могут быть океаны с жидкой водой.
В то же время климатическое моделирование показало, что многие из этих мини-Нептунов, включая K2-18b, скорее всего, слишком горячие, чтобы на них могла существовать жидкая вода.
Авторы проекта попытались найти решение несоответствия между наблюдениями и климатическим моделированием, изучив влияние магматического океана на химию атмосферы мини-Нептунов. Было установлено, что истощение NH3 в атмосфере является закономерным результатом высокой растворимости азота в магме при восстановительных условиях - именно такие условия преобладают там, где толстая водородная оболочка взаимодействует с расплавленной планетарной поверхностью. Модель магматического океана воспроизвела спектр K2-18b с точностью до ≲3σ по данным JWST, что позволяет объяснить текущие наблюдения не менее убедительно, чем наличие на планете океанов с жидкой водой.
Содержание азота в атмосфере планеты по сравнению с его общими запасами в зависимости от летучести кислорода в магматическом океане. При уменьшении фугитивности кислорода повышенная растворимость азота истощает атмосферу на несколько порядков. На диаграмме каждый цветной кружок представляет собой прогон модели для заданного набора (табл. 1); символы окрашены по общему атмосферному давлению (бар) и произвольно смещены в направлении x для удобства визуализации. Белые квадраты представляют собой средние значения для прогонов с заданной массой мантии (выраженной как доля массы планеты) при определенной фугитивности кислорода и иллюстрируют высокую роль массы мантии (или, эквивалентно, магматического океана) в истощении азота.
Среди спектральных областей, анализ которых позволяет исключить модель магматического океана, - диапазон >4 мкм, характеризующийся доминированием CO2 и CO. Модели магматического океана указывают на систематически более низкое соотношение CO2/CO по сравнению с данными, полученными в результате анализа "свободной химии". Таким образом, более глубокие наблюдения этой спектральной области могут позволить отличить океаны жидкой воды от магмы на мини-Нептунах.