Жизнь в тени гигантов: шансы на обитаемость спутников экзопланет

Насколько велика вероятность существования обитаемых экзолун?

На этой иллюстрации изображена экзолуна — потенциальный спутник экзопланеты в другой звёздной системе. Хотя астрономы пока не обнаружили достоверных экзолун, намёки на их существование уже появлялись. Насколько вероятно, что такие луны могут находиться в обитаемых зонах других звёзд и быть пригодными для жизни? Изображение: NASA GSFC / Jay Friedlander и Britt Griswold

Среди более чем 6000 известных экзопланет значительное количество находится в обитаемых зонах своих звёзд. Многие из них представляют собой газовые или ледяные гиганты, подобные Юпитеру, Сатурну, Урану и Нептуну. Вопрос в том: могут ли эти планеты иметь собственные спутники — экзолуны — и могут ли они быть пригодны для жизни?

В нашей Солнечной системе сама по себе жизнь на гигантских планетах невозможна, однако некоторые из их спутников, такие как Европа и Энцелад, считаются перспективными кандидатами на наличие внеземной жизни. Это заставляет задуматься: существует ли аналогичная ситуация в других звёздных системах?

Пока наблюдательные данные ограничиваются лишь косвенными указаниями на существование экзолун. Однако теоретически их формирование — естественный процесс. Если поиск экзопланет стал относительно рутинным делом, то обнаружение их спутников остаётся чрезвычайно сложной задачей.

Как формируются экзолуны?

Группа учёных из Венгрии и Нидерландов провела исследование, чтобы разобраться в этом вопросе с помощью компьютерного моделирования. Их работа «Grand Theft Moons: Formation of habitable moons around giant planets», опубликованная в журнале Astronomy and Astrophysics, анализирует условия, способствующие возникновению крупных и потенциально обитаемых спутников вокруг гигантских экзопланет.

«Мы изучаем формирование лун вокруг гигантских планет на завершающей стадии их эволюции, — пишут авторы исследования. — Нас интересуют условия, при которых возникают самые массивные спутники, и возможность их обитаемости».

Ключевые аспекты их исследования:

• Околопланетные диски, состоящие из остаточного материала, служат основой для формирования лун.
• Учитывались гравитационные взаимодействия между звездой, планетой, зародышами лун и планетезималями.
• Особое внимание уделялось приливному нагреву, который может обеспечить тепло даже вдали от звезды — как это происходит на Европе и Энцеладе.

На снимке ALMA (2019) виден околопланетный диск вокруг экзопланеты PDS 70c — первое прямое доказательство возможности формирования лун в таких системах. Изображение: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Benisty et al., CC BY 4.0

Результаты моделирования

• Масса и расстояние: Чем дальше планета от своей звезды, тем больше потенциальных лун может сформироваться, хотя их масса уменьшается. Оптимальное расстояние для обитаемости — 1–2 астрономические единицы (а.е.).
• Приливный нагрев: За пределами 1 а.е. он становится ключевым источником тепла, компенсируя недостаток энергии от звезды.
• «Кража» материала: Значительная часть вещества околопланетного диска теряется из-за гравитационного влияния звезды или поглощения планетой.

График из исследования показывает, как со временем уменьшается масса зародышей лун в диске.

Где искать обитаемые экзолуны?

Учёные проанализировали 461 газовый гигант и пришли к следующим выводам:

• Спутники с массой от Марса до Земли могут формироваться вокруг планет, в 10 раз превосходящих Юпитер по массе.
• Многие из этих спутников могут быть обитаемыми, если их планета находится на расстоянии 1–2 а.е. от звезды.
• «Обитаемая зона для лун вокруг гигантских планет шире, чем для планет земного типа», — отмечают авторы исследования.

Будущее поисков

Пока достоверно не обнаружена ни одна экзолуна, но уже сейчас рассматриваются несколько кандидатов. Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), а также предстоящая миссия PLATO (ЕКА), запуск которой намечен на 2026 год, могут сыграть ключевую роль в обнаружении первых экзолун.

Европа, спутник Юпитера, находится вне классической обитаемой зоны, но благодаря приливному нагреву может иметь подповерхностный океан. То же возможно и у экзолун. Изображение: NASA

Итак, экзолуны, вероятно, широко распространены во Вселенной. И некоторые из них вполне могут оказаться обитаемыми. Остаётся лишь найти их и подтвердить эту гипотезу.

• Изображения: CC Attribution: CC BY; CC BY-SA.

Присоединяйтесь к обсуждению в нашем сообществе в Telegram. Там мы публикуем всё самое необычное, таинственное и загадочное. И если можете, поддержите нашу работу, купив нам кофе. Вы также можете присоединиться к беседе в VK, оставив комментарий. Мы ценим это!