Malé, chladné hvězdy známé jako červení trpaslíci jsou nejběžnějším typem hvězd ve vesmíru a naprostý počet planet, které kolem nich mohou existovat, z nich potenciálně činí cenná místa k lovu známek mimozemského života.
Červení trpaslíci, také známí jako M hvězdy, jsou zhruba pětinové hmotnější než Slunce a až 50krát slabší. Tyto hvězdy tvoří až 70 procent hvězd ve vesmíru a vesmírná observatoř NASA Kepler objevila, že nejméně polovina těchto hvězd hostí kamenné planety, jejichž hmotnost je poloviční až čtyřnásobek hmotnosti Země.
Planety červených trpaslíků jsou potenciálně klíčová místa pro hledání života, jak ho známe, nejen proto, že jich je tolik, ale také kvůli jejich neuvěřitelné dlouhověkosti. Na rozdíl od našeho Slunce, které zemře za několik miliard let, bude červeným trpaslíkům trvat biliony let, než spálí své palivo, což je podstatně déle, než je stáří vesmíru, který je mladší než 14 miliard let. Tato dlouhověkost potenciálně dává červeným trpaslíkům mnohem více času na to, aby se kolem nich vyvinul život.
Výzkum, zda by vzdálený svět mohl hostit život, jak jej známe, se obvykle zaměřuje na to, zda má nebo nemá kapalnou vodu, protože život je prakticky všude, kde je na Zemi kapalná voda, dokonce i kilometry pod zemí. Vědci se obvykle soustředí na obyvatelné zóny, oblast kolem hvězdy, kde není ani příliš horko, aby se všechna její povrchová voda vyvařila, ani příliš studená, aby veškerá její povrchová voda zamrzla.
Nedávná zjištění naznačují, že planety v obyvatelných zónách červených trpaslíků by mohly akumulovat značné množství vody. Ve skutečnosti by každá planeta mohla mít asi 25krát více vody než Země.
Obyvatelné zóny červených trpaslíků jsou blízko těchto hvězd, protože jsou slabé, často blíže, než je vzdálenost, na kterou Merkur obíhá Slunce. Tato blízkost je činí přitažlivými pro astrobiology, protože planety v blízkosti jejich hvězd se před nimi častěji křižují, takže je lze snadněji detekovat než planety, které obíhají dále.
Když však planeta obíhá velmi blízko hvězdy, gravitační přitažlivost hvězdy může donutit svět, aby se k ní „slapově uzamkl“. Když je planeta slapově přichycena ke své hvězdě, bude vždy ukazovat stejnou stranu své hvězdě, stejně jako Měsíc vždy ukazuje stejnou stranu Zemi. To způsobuje, že planeta má jednu stálou denní stranu a jednu stálou noční stranu.
Extrémy tepla a chladu, které slapově uzamčené planety zažívají, by je mohly výrazně odlišit od Země. Dřívější výzkum například předpokládal, že temné strany přílivově uzamčených planet budou tak chladné, že by tam zamrzla veškerá voda. Sluneční světlo by způsobilo, že se voda na sluncem osvětlené straně vypařovala a tato vodní pára by se mohla dostat vzdušnými proudy na noční strany, což by nakonec vedlo k plátům ledu o tloušťce kilometrů na nočních stranách a odstranily veškerou vodu z osluněných stran. Život, jak jej známe, by se pravděpodobně nemohl vyvinout na denních stranách takových planet. Přestože by měli sluneční světlo pro fotosyntézu, neměli by žádnou vodu, která by sloužila jako prvotní polévka pro život, ve které by mohl plavat.
Aby vědci viděli, jak obyvatelné slapově uzamčené planety skutečně jsou, navrhli 3D globální klimatický model planet, který simuloval interakce mezi atmosférou, oceánem, mořským ledem a pevninou, a také 3D model ledových příkrovů dostatečně velkých, aby je pokryly. celé kontinenty. Také simulovali červeného trpaslíka s teplotou asi 5 660 stupňů Fahrenheita (3 125 stupňů Celsia) a zkoumali, zda veškerá voda na těchto planetách skutečně zůstane uvězněna na jejich nočních stranách.
"Zajímá mě pokusit se provést výpočty relevantní pro obyvatelnost planet M-hvězdy od té doby, co jsem byl přesvědčen astronomy, že tyto typy planet budou pravděpodobně nejblíže (v blízkosti) Zemi," řekl spoluautor studie Dorian Abbot, geovědec. University of Chicago.
Například nejbližší známá hvězda ke Slunci, Proxima Centauri, je červený trpaslík a zůstává nejisté, zda má nebo nemá planetu. Možnost, že by se planety červených trpaslíků mohly nacházet relativně blízko Země, "znamená, že cokoli, co mohou geovědci říci astronomům o obyvatelnosti těchto planet, bude zásadní pro plánování budoucích misí."
Výzkumníci simulovali planety o velikosti a gravitaci Země, které zažívaly 63 až 77 procent slunečního záření jako Země. Modelovali také planetu super-Země o 50 procent širší než Země s o 38 procent silnější gravitaci, protože astronomové objevili superzemské světy kolem červených trpaslíků. Například Gliese 667Cb, super-Země o hmotnosti nejméně 4,5krát větší než Země, obíhá kolem Gliese 667C, červeného trpaslíka asi 22 světelných let od Země. Nastavili tuto super-Země na oběžnou dráhu, kde dostávala asi dvě třetiny slunečního světla než Země.
Výzkumníci modelovali tři různá uspořádání kontinentů pro všechny tyto planety. Jedním z nich byl vodní svět bez kontinentů a globálních oceánů různých hloubek. Další zahrnoval superkontinent pokrývající noční stranu a oceán pokrývající denní stranu. Poslední napodobovala pozemskou konfiguraci kontinentů. Planety měly také atmosféru podobnou té pozemské, ale výzkumníci také testovali nižší hladiny skleníkového plynu, oxidu uhličitého, který zachycuje teplo a pomáhá udržovat planety v teple.
Pokud jde o superzemě pokryté zcela vodou a superzemě s kontinentálním uspořádáním, jako je Země, výzkumníci zjistili, že je nepravděpodobné, že by všechna jejich voda zůstala uvězněna na jejich nočních stranách.
"Je to proto, že povrchové větry přenášejí mořský led na denní stranu, kde snadno taje," řekl hlavní autor studie Jun Yang z University of Chicago.
Navíc oceánské proudy na těchto planetách přenášejí teplo z denní strany na noční.
"Přenos tepla oceánem silně ovlivňuje klima a tloušťku mořského ledu na naší Zemi," řekl Yang. "Zjistili jsme, že to může fungovat i na exoplanetách."
Pokud má super-Země velké kontinenty pokrývající většinu její noční strany, vědci objevili, že na její noční straně by mohly vyrůst ledové příkrovy o tloušťce nejméně 3 300 stop (1 000 metrů). Denní strany těchto superzemí by však zcela vyschly pouze v případě, že by dostávaly méně geotermálního tepla ze sopečné činnosti než Země a měly by 10 procent množství vody na zemském povrchu nebo méně. Podobné výsledky byly pozorovány u planet velikosti Země.
"Důležitým důsledkem je, že může být snazší, než se dříve myslelo, udržet kapalnou vodu na denní straně planety uzavřené slapem, kde je možná fotosyntéza," řekl Abbot. "Existuje mnoho problémů, které ovlivní obyvatelnost planet M-star, ale naše výsledky naznačují přinejmenším to, že zachycování vody na noční straně bude problémem pouze pro relativně suché planety s velkými kontinenty na jejich noční straně a relativně nízkým geotermálním teplem." tok."
Na základě současné a blízké technologie Yang řekl, že pro astronomy bude velmi obtížné změřit, jak tlustý je mořský led nebo ledové příkrovy na nočních stranách planet červených trpaslíků, a otestovat, zda jsou jejich modely správné. Přesto pomocí současné a připravované technologie „může být možné zjistit, zda jsou denní strany suché nebo ne,“řekl Yang.
