„Hycean”, a bardziej po polsku – hiaceański. Jesteśmy być może świadkami powstawania nowego słowa, które oznacza całkowicie nową kategorię planet pozasłonecznych.
Badacze z Uniwersytetu w Cambridge opublikowali artykuł na temat podzbioru nadających się do zamieszkania światów, które nazwali planetami typu „hycean”. Są to gorące, pokryte oceanami planety, których powierzchnie, leżące pod atmosferami bogatymi w wodór, potencjalnie nadaje się do zamieszkania. Autorzy pracy uważają, że są one bardziej powszechne niż światy typu ziemskiego (choć wiele zależy od ich konkretnego składu). Powinny też oferować wiele nowych możliwości w zakresie wykrywania tak zwanych biosygnatur.
Planety hiaceańskie w rezultacie dają nam też powiększoną strefę zamieszkiwalną, obejmująca obszar wokół gwiazdy większy niż typowa strefa zamieszkiwalna oparta na obecności wody w stanie ciekłym, czyli taka, w jakiej leży między innymi Ziemia w Układzie Słonecznym.
Już wcześniej kierowany przez Nikku Madhusudhana zespół z Cambridge odkrył, że K2-18b, planeta 2,6 razy większa niż Ziemia i 8,6 razy bardziej od niej masywna, może mieć na swej powierzchni wodę w stanie ciekłym i w nadającej się dla typowego życia temperaturze – poniżej atmosfery wodorowej tej planety. Zespół uogólnił teraz tę pracę, przeprowadzając pełne badania właściwości planet i gwiazd, pozwalających jego zdaniem na zaistnienie pewnych form życia na takich planetach.
Ale zacznijmy od podstaw. Planety "trochę" podobne do Ziemi i Neptuna są jak dotąd najpowszechniejszym typem planet, jakie znaleźliśmy w Galaktyce. Nazywa się je „super-Ziemiami” i „mini-Neptunami”. W Układzie Słonecznym nie ma odpowiedników takich planet. Super-Ziemie i mini-Neptuny są klasyfikowane głównie na podstawie gęstości, wynikających z ich mas i promieni. Niektóre z nich mogą być przy tym skaliste, podczas gdy inne są bliższe lodowym olbrzymom obecnym w naszym systemie – Saturnowi czy Neptunowi. Niektóre z nich mogą też być światami wodnymi. Część znajduje się w nadających się do zamieszkania strefach wokół pobliskich gwiazd – karłów typu M, co czyni je dobrymi kandydatami do badań atmosferycznych i możliwości wykrywania biosygnatur.
Na ilustracji: Artystyczne przedstawienie planety OGLE-2005-BLG-390L b, super-Ziemi okrążąjącej gwiazdę po odległej orbicie. Źródło: NASA
Planety z atmosferą wodorową, otaczającą warstwę wody znajdującą się pod wysokim ciśnieniem i pokrywającą wewnętrzne jądro zbudowane głównie ze skał i żelaza, mogą być szczególnie interesujące z punktu widzenia astrobiologii. Co prawda zbyt gęsta powłoka z wodoru łatwo wytworzyłaby wysoką temperaturę i ciśnienie na ich powierzchni, co raczej wykluczyłoby istnienie tam życia, ale jeśli taka atmosfera nie jest zbyt gęsta, mogą wystąpić tam także temperatury skutecznie podtrzymujące życie.
Te planety hiaceańskie reprezentują zatem nową kategorię potencjalnie nadających się do zamieszkania światów. Mogą być nawet 2,6 razy większe od Ziemi, z temperaturami atmosferycznymi dochodzącymi aż do 200 stopni Celsjusza, przy czym nadal – w teorii – nadają się do zamieszkania. Określa je nie tylko rozmiar, ale także masa, temperatura i ciśnienie atmosferyczne. Warunki fizyczne panujące w ich oceanach powinny pozwalać przynajmniej na pojawienie się prostego życia mikrobiologicznego.
W omawianym artykule przyjrzano się również strefie zamieszkiwalnej w bardzo szerokim tego słowa znaczeniu. Jej zasięg obejmuje też planety, których odległość orbitalna jest tak duża, że jedynym źródłem ich energii może być ciepło wewnętrzne. Strefa rozciąga się także na planety krążące na tyle blisko swoich gwiazd macierzystych, że są one często zablokowane pływowo. Taka planeta w konfiguracji rotacji synchronicznej zawsze zwraca jedną półkulę stronę gwiazdy, ale wciąż może istnieć życie na ich odwróconych od gwiazdy, tzw. “ciemnych” stronach. Rozpiętość możliwych temperatur pozwalających na istnienie życia jest zatem znaczna. Takie blisko krążące wokół gwiazd, zablokowane siłami pływowymi planety sami autorzy określają jako “ciemne planety hiaceańskie” (ang. „dark hycean”). I choć na ich “jasnych”, silnie ogrzewanych przez gwiazdy półkulach temperatury są tak duże, że po prostu nie może tam istnieć żadne życie biologiczne w znanej nam i wyobrażalnej formie, to już jakaś część oceanu po drugiej, ciemnej stronie może mieć temperatury powierzchni pozwalające na zamieszkiwalność, czyli poniżej 400 K.
Zespół uważa, że te interesujące światy są powszechne. W artykule przedstawiono próbkę potencjalnych planet hiaceańskich, która może być naukowo użyteczna dla teleskopów nowej generacji. Wszystkie te światy krążą wokół czerwonych karłów położonych na tyle blisko nas, aby mogły być odpowiednimi celami dla Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba – żaden z nich nie jest oddalony o więcej niż 150 lat świetlnych. Obserwacje JWST planety K2-18b są już teraz rozważane i mogą, zdaniem autorów pracy, zaowocować wykryciem biosygnatur. Uczeni sądzą wręcz, że atmosfery takich planet mogą oferować jeszcze lepsze możliwości wykrywania biomarkerów niż atmosfery typowych planet skalistych – super-Ziemi
Zatem zaczynamy właśnie rozważać pod kątem życia i zamieszkiwalności planety o większej masie i promieniu niż wcześniej. Pod warunkiem, że mają one skaliste jądra, które, zdaniem autorów, obejmować musiałyby co najmniej 10% masy całej takiej planety i mieć skład zbliżony do jądra ziemskiego. Szeroka strefa zamieszkiwalności rozszerza obszar wykrywania potencjalnych form życia i biomarkerów, jednocześnie przedstawiając szereg wyzwań dla badaczy. Masa i promień pomagają nam rozpoznać kandydatów na planety hiaceańskie, ale same w sobie nie wystarczą. Musimy również dowiedzieć się więcej o temperaturach i ciśnieniach panujących w ich oceanach oraz podstawowych właściwościach ich atmosfer. Kandydatka na taką planetę nie zawsze musi mieć w praktyce odpowiednie warunki do spełnienia kryteriów zamieszkiwalności: przykładowo, jej struktura wewnętrzna i właściwości atmosferyczne mogą być takie, że ciśnienie powierzchniowe oceanu i jego temperatura są nadal zbyt wysokie. Również wykrycie wody w atmosferze nie gwarantuje obecności oceanu na planecie, ponieważ woda może naturalnie występować w atmosferach bogatych w wodór (H2) jako pierwiastek przenoszący tlen. I na odwrót, niewykrycie wody nie wyklucza obecności oceanu, ponieważ przy niskich temperaturach atmosfery woda może szybko opadać i być trudna do wykrycia w takiej atmosferze.
Biorąc pod uwagę szeroki zakres parametrów odkrytych do tej pory planet tranzytujących o promieniu od 1 do 2,6 promienia Ziemi, światy hiaceańskie nie powinny być zbyt rzadkie ani trudne do sklasyfikowania. Ich duże promienie i gęste atmosfery wydają się być idealne do obserwacji teleskopem JWST i przyszłymi instrumentami, takimi jak Ekstremalnie Duży Teleskop.
Choć globy te na pewno nie są podobne do Ziemi, mogą stać się cennymi miejscami wykrywania biosygnatur – oznak życia. A już samo to przyczyni się zapewne do szybszego rozwoju metod poszukiwania życia na planetach bardziej podobnych do naszej.
Czytaj więcej:
- Cały artykuł
- Madhusudhan et al., “Habitability and Biosignatures of Hycean Worlds”, The Astrophysical Journal (2021) – preprint
- “The Interior and Atmosphere of the Habitable-zone Exoplanet K2-18b”, Astrophysical Journal Letters Vol. 891, No. 1 (27 February 2020), L7 (abstract)
Źródło: Centauri-dreams.org
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na ilustracji: Artystyczna wizja powierzchni planety hiaceańskiej. Źródło: Amanda Smith, Nikku Madhusudhan.
