Группа астрономов из Института астрономии Кембриджского университета, Великобритания, обнаружила, что K2-18b, планета почти в девять раз тяжелее Земли и вращающаяся на орбите вокруг красного карлика K2-18, потенциально пригодна для обитания.
K2-18 – звезда M-типа находится примерно в 111 световых годах от Земли в направлении созвездия Льва. Также известная как EPIC 201912552, эта звезда является хозяином для ещё одной массивной планеты: K2-18c.
Обнаруженная в 2015 году K2-18b в 2,6 раза больше Земли. Планета совершает один оборот вокруг родительской звезды всего за 33 дня и находится на расстоянии приблизительно 0,15 а.е.
В 2019 году две разные группы исследователей сообщили об обнаружении водяных паров в богатой водородом атмосфере K2-18b. Тем не менее, точный состав атмосферы и внутренняя обстановка оставались неизвестными.
“Водяной пар был обнаружен в атмосфере ряда экзопланет, но даже если планета находится в обитаемой зоне, это не обязательно означает, что на поверхности существуют приемлемые для жизни условия”, – сказал доктор Никку Мадхусудхан, ведущий автор исследования.
Чтобы установить перспективы обитаемости, важно получить единое понимание внутренних и атмосферных условий на планете – в частности, может ли жидкая вода существовать на её поверхности.
Учитывая большой размер K2-18b, было высказано предположение, что она будет больше похожа на уменьшенную версию Нептуна, чем на большую версию Земли.
Ожидается, что “мини-Нептун” будет иметь большую водородную “оболочку”, окружающую слой воды под высоким давлением, с внутренним ядром из камня и железа.
Если водородная оболочка слишком толстая, температура и давление на поверхности слоя воды под ней будут слишком велики, чтобы поддерживать жизнь.
Недавно доктор Мадхусудхан и его коллеги показали, что, несмотря на размер K2-18b, её водородная оболочка не обязательно слишком толстая, и водный слой может иметь подходящие условия для поддержания жизни.
Астрономы использовали существующие наблюдения атмосферы, а также данные о массе и радиусе, чтобы определить состав и структуру планеты, используя подробные численные модели и статистические методы для объяснения данных.
Они подтвердили, что атмосфера богата водородом, а также содержит значительное количество водяного пара.
Кроме того, они обнаружили, что уровни других химических веществ, таких как метан и аммиак, были ниже, чем ожидалось для такой атмосферы.
Можно ли отнести эти уровни к биологическим процессам, ещё неизвестно.
“Мы хотели знать толщину водородной оболочки – насколько глубоко уходит водород”, – сказал Мэтью Никсон, соавтор исследования.
Хотя это вопрос с несколькими ответами, астрономы показали, что нет необходимости в большом количестве водорода, чтобы объяснить имеющиеся наблюдения.
Учёные обнаружили, что максимальная степень водородной оболочки, допускаемая данными, составляет около 6% от массы планеты, хотя для большинства решений требуется гораздо меньше.
Минимальное количество водорода составляет около одной миллионной по массе, что аналогично массовой доле в атмосфере Земли.
В частности, ряд сценариев указывает на то, что K2-18b может являться планетой-океаном с давлениями и температурами, аналогичными тем, которые встречаются в океанах Земли.
Результаты исследования будут опубликованы в журнале Astrophysical Journal Letters.
Выяснив атмосферные свойства, астрономы использовали эти данные в качестве входных условий для широко набора моделей K2-, которые сопоставляли их с известными из наблюдений массой и радиусом. В результате ученые получили диапазон возможных условий, царящих на ее поверхности, в том числе протяженности водородной оболочки, температуры и давления в водном слое. «Нам было необходимо выяснить толщину водородной оболочки, то есть насколько глубоко уходит водород. Хотя это задача с несколькими решениями, мы показали, что K2- не нуждается в большом количестве водорода, чтобы объяснить все данные, собранные в ходе ее наблюдений», – отметил Мэттью Никсон, соавтор исследования.