Звездные «штормы» и обитаемость экзопланет

Компьютерное моделирование процессов, происходящих в звездах, дает представление о дополнительных сложностях при рассмотрении вопроса пригодности для жизни их планетоподобных спутников. Модели, разработанные для нашего Солнца, группа исследователей под руководством Кристины Кей из Годдардовского центра космических полетов NASA (Christina Kay, Goddard Space Flight Center) применила к сравнительно холодным красным карликам, которые сейчас привлекают особое внимание «охотников за экзопланетами». Результаты работы были представлены 3 июля на Национальном астрономическом симпозиуме в Университете Халла (University of Hull).

Мощные корональные выбросы массы (Coronal mass ejections — CME), которые представляют собой огромные облака плазмы, «увлекаемые» в окружающее пространство с поверхности Солнца или других звезд силовыми линиями их магнитного поля, являются основополагающим фактором в так называемой космической погоде. Они способны нарушить работоспособность искусственных спутников Земли и даже электронного оборудования на поверхности планеты. Однако ученые показали, что космическая погода может также оказывать значительное влияние на потенциальную обитаемость планет, обращающихся вокруг «прохладных» звезд с низкой массой.

Традиционно экзопланета считается пригодной для жизни, если ее орбита расположена в так называемой «зоне обитаемости» — области околозвездного пространства, в которой температурный диапазон допускает наличие жидкой воды. Маломассивные звезды имеют более низкую температуру, поэтому такие зоны располагаются к ним значительно ближе, чем в нашей Солнечной системе. С другой стороны, их CME из-за более сильных магнитных полей должны быть намного мощнее.

Когда корональный выброс достигает планеты, он сжимает ее магнитосферу — своеобразный защитный «магнитный пузырь». Экстремально мощные CME могут оказывать давление, достаточное для ее весьма сильного сжатия, при котором планетная атмосфера входит в прямой контакт с веществом выбросов и даже может быть сметена ими в космическое пространство. При этом поверхность экзопланеты и любые потенциально присутствующие там формы жизни подвергаются губительному воздействию высокоэнергетического излучения (ультрафиолетового и рентгеновского) своего светила.

Команда исследователей использовала результаты недавней работы, проведенной в Бостонском университете, в которой содержится информация о CME в Солнечной системе, и применила их к системам красных карликов. Ученые предполагали, что в них выбросы будут более частыми, чем у Солнца, но неожиданным стало то, где они локализованы. В частности, при моделировании траектории CME от звезды V374 Пегаса выяснилось, что ее мощные магнитные поля вытесняют большинство выбросов до так называемого астрофизического токового листа (Astrophysical Current Sheet) — поверхности, соответствующей минимальной напряженности магнитного поля, где они остаются в ловушке, продолжая воздействовать на атмосферы возможных экзопланет.

Результаты исследования показывают, что в системах красных карликов планетам потребуется магнитное поле, в несколько тысяч раз превышающее по мощности земное, чтобы защитить их атмосферу от CME. Объекты, расположенные вблизи токового листа, могут «переживать» до пяти корональных выбросов в день; правда, эта частота уменьшается до одного в день для планет с наклонными орбитами.

Инициатор исследований профессор Мерав Офер (Merav Opher) так прокомментировал их результаты: «Эта работа — новаторская в том смысле, что мы начинаем изучать эффекты космической погоды, которые необходимо будет учитывать при оценке потенциальной обитаемости планет вблизи очень активных звезд».