Planety rozmiaru Ziemi są powszechne, ale czy nadają się do zamieszkania ?

Obserwacje Keplera kilku tysięcy małych, chłodnych gwiazd pomogły wyselekcjonować 95 kandydatów na planety wokół 64 gwiazd. Trzy z nich mogą znajdywać się w strefie zamieszkiwalnej (kolor zielony) - czyli w takiej odległości, przy której temperatury na ich powierzchniach pozwoliłyby na występowanie wody w stanie ciekłym. Na tym wykresie odległość pomiędzy planetami i gwiazdami maleje od lewej do prawej. Źródło: Courtney Dressing / CfA

Najlepszym miejscem do poszukiwań pobliskich planet wielkości Ziemi mogą być najmniejsze, najchłodniejsze gwiazdy - ale te gwiazdy same w sobie bywają groźne dla ewentualnych stworzeń zamieszkujących te obce światy.

W nowoczesnych poszukiwaniach egzoplanet niektórzy astronomowie koncentrują się na chłodniejszych gwiazdach, szczególnie tych najmniejszych, zwanych karłami typu M. Mają one masy rzędu mniej więcej jednej czwartej masy Słońca i świecą tylko ułamkiem jego całkowitego promieniowania - to jak porównywanie jednej lampki choinkowej z 1000-watową żarówką - co sprawia, że łatwiej jest przy nich wykryć ewentualne systemy planetarne. Karły typu M stanowią około 75% wszystkich gwiazd Naszej Galaktyki, zatem już z założenia są dobrymi obiektami do poszukiwań planet pozasłonecznych.

Dwa zespoły naukowe skoncentrowały się ostatnio na tego rodzaju badaniach. Pierwszy z nich, pod przewodnictwem Helmuta Lammera (Austriacka Akademia Nauk), przyjrzał się siedmiu planetom orbitującym wokół trzech gwiazd: gwiazdy typu G, podobnej do Słońca, nieco chłodniejszej gwiazdy typu K oraz jeszcze zimniejszej gwiazdy typu M. Te siedem planet to tzw. super Ziemie o średnicach około 2 do 4,5 średnicy ziemskiej i masach od 2 do 13 mas Ziemi. Okrążają one swe gwiazdy macierzyste w bardzo bliskich odległościach, znacznie bliżej niż wynoszą ich strefy zamieszkiwalne, w których może na ich powierzchniach występować woda w stanie ciekłym. Badania wykazały jednak, że planety te posiadają grube atmosfery. Tego rodzaju atmosfery są z kolei prawdopodobnie bogate w pierwotne otoczki wodorowe lub też gaz ten zbiera się jeszcze z ich dysków protoplanetarnych.

Atmosfery takie są zupełnie różne od tych, które widuje się wokół wewnętrznych planet skalistych w Układzie Słonecznym: ekstremalnie silnie promieniowanie ultrafioletowe i rentgenowskie niszczy bowiem wczesne atmosfery takich planet. Dlaczego więc te siedem super Ziem ma tak ciężkie otoczki gazowe? Lammer i jego koledzy obliczyli, jak promieniowanie gwiazdy może ogrzewać i w efekcie odrzucać ich bogate w wodór otoczki. Zazwyczaj planety tracą dużą część swej początkowej masy. Okazało się, że strata w przypadku tych siedmiu jest o 1 do 2 rzędów wielkości mniejsza niż w przypadku planet typu gorące Jowisze. Prawdopodobnie dzieje się tak, bo mniejsze planety są gęstsze. Oznacza to jednak, że planety te nie mogą stracić całości swych grubych atmosfer i w efekcie stają się tzw. mini-Neptunami, niewielkimi skalistymi ciałami otaczanymi przez duże otoczki gazu.

Jeśli te super Ziemie nie tracą całkiem swych atmosfer, to podobne planety położone nieco dalej od swych gwiazd - wewnątrz strefy nadającej się do zamieszkania - miałby jeszcze większe szanse na ich utrzymanie, ponieważ odczuwalne promieniowanie gwiazdy bardzo silnie słabnie wraz z odległością od niej. Z drugiej strony mniejsze planety mogą tą drogą stracić zbyt wiele masy swych początkowych atmosfer, tak jak to było w przypadku Marsa i Merkurego. Ziemia i Wenus wydaje się być zatem rozmiarów idealnych jak dla planet przy gwiazdach typu słonecznego.  Jednak może inne rozmiary planet są bardziej optymalne pod względem warunków atmosferycznych w przypadku innych typów gwiazd macierzystych.

Młode, chłodne karły typu M emitują dużo więcej silnego promieniowania niż gwiazdy podobne do Słońca. Taki stan może utrzymywać się nawet przez kilkuset milionów do kilku miliardów lat. Planeta wokół takiej gwiazdy, jedna z tych, które badał zespół Lammera, GJ 1214b, krąży jedynie na 1,4% średniej odległości Ziemia-Słońce, ale otrzymuje aż 470 razy tyle skrajnego promieniowania ultrafioletowego i promieniowania X, co Ziemia. Planeta ta ma obwód większy 2,7 razy od ziemskiego, a masę równą około 6 masom Ziemi, a swoją rozdetą atmosferę utrzymuje całkiem nieźle.

Odkrycie kilku potencjalnych planet tego samego typu ogłosili w tym miesiącu Courtney Dressing i Dawid Charbonneau z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Dokonując globalnej oceny, ile tranzytów planet zaobserwowali ,  jak wiele planet fizycznie istnieje, ale krąży pod kątem uniemożliwiającym nam ich bezpośrednie dostrzeżenie, i ile planet można w ogóle odkryć, oszacowali, że aż 60% najcieplejszych karłów posiada planety o wielkościach od 1.4 do 4 wielkości Ziemi. Oznacza to, że mniej więcej jedna na dwie takie gwiazdy ma planety, z czego jednak tylko 6% z nich jest okrążana przez planety leżące wewnątrz strefy zamieszkiwalnej. Zaś biorąc pod uwagę ogromną ilość karłów w Naszej Galaktyce okazać się może niebawem, że najbliższa nam planeta o rozmiarach Ziemi znajduje się już w odległości około 20 lat świetlnych stąd.


Cały artykuł

http://mnras.oxfordjournals.org/content/early/2013/01/28/mnras.sts705.fu...

"Probing the blow-off criteria of hydrogen-rich ‘super-Earths’ "  Lammer et al. , MNRAS

http://adsabs.harvard.edu/abs/2013arXiv1302.1647D


Ściąga:

- strefa zamieszkiwalna  (habitable zone) - obszar, gdzie warunki na planecie pozwalają na występowanie wody w stanie ciekłym

-karły typu M mają ok. 1/4 masy Ziemi i stanowią około 75% gwiazd w naszej Galaktyce


Liczba odsłon: 1578


Młode czerwone karły często wybuchają serią silnych rozbłysków w ultrafiolecie. Związane z tym pochodnie gwiazdowe mogą sprawiać problemy ewentualnym organizmom żywym zamieszkującym ich planety, ale z drugiej atmosfery planet chronią przed nimi ich powierzchnię. Kiedy gwiazda z wiekiem staje się stabilna, jej planety mogą cieszyć się z kolei miliardami lat spokoju. Źródło: David A. Aguilar / CfA