Кого слушает президент

Коричневые карлики борются с солнечным шовинизмом

Число обитаемых миров может оказаться много больше

Дмитрий Малянов 06.04.2011, 13:55
zeigermann.com

Внеземная жизнь может существовать в таких экзотических местах, как поверхность субкоричневых карликов, в окрестностях карликов белых и даже на планетах-странниках, согреваемых темной материей. Таковы новые сценарии поиска внеземной жизни, предложенные теоретиками, в то время как обнаружение новых экзопланет (часть которых, возможно, обитаемы) становится вполне рутинной наблюдательной процедурой.

Главные чаяния по обнаружению обитаемых или хотя бы минимально подходящих для возникновения жизни миров за пределами Солнечной системы связаны с экзопланетами земного типа, вращающимися в пределах так называемых «обитаемых зон» вокруг определенного и относительно распространенного класса звезд, к которому принадлежит и наше Солнце. Подобное, притом весьма существенное, сужение параметров вполне логично: пока нам известна всего одна планета и одна звездная система, где жизнь определенно существует. Им объясняется и одна из основных задач миссии «Кеплер», астрономического спутника NASA, предназначенного для поиска экзопланет, — поиск планет именно земного типа.

После нескольких месяцев наблюдений основные и наиболее полные результаты миссии на настоящий момент опубликованы 2 февраля этого года.

В докладе сообщается о 1235 кандидатах в планеты, из них 68 примерно размером с Землю. Остальные — это так называемые суперземли (288), нептуноподобные планеты, которые встречаются наиболее часто (662), а также планеты размером примерно с Юпитер и больше. При этом в «обитаемой» зоне предположительно находятся 54 планеты, пять из которых могут быть примерно размером с Землю.

На основе этого доклада уже появились первые оценки, сколько всего обитаемых планет в системах, подобных Солнечной, может существовать в Галактике. Одна из них сделана специалистами из Лаборатории реактивного движения в Пасадене (США), в начале марта опубликовавшими результаты своих вычислений на сайте электронных препринтов. Согласно их оценкам, от 1,4% до 2,7% звезд класса Солнца могут иметь землеподобные планеты, что дает всего 2 миллиона таких случаев в нашей звездной системе. Учитывая, что лишь немногие из них могут оказаться обитаемыми, эта цифра оказалась намного меньше, чем многие рассчитывали.

Статья вызвала критические замечания ученых, работающих с «Кеплером», посчитавших такие выводы чересчур консервативными, преждевременными (почти четырехгодичная миссия «Кеплера» весьма далека от завершения) и основанными на абсолютно некорректной экстраполяции данных по 150 тысячам звезд, изученным на данный момент, на всю Галактику.

Насколько в дальнейшем может быть изменена оценка числа потенциально обитаемых систем, пока неясно.

В любом случае сужение окна поиска до звезд, подобных Солнцу, совсем не способствует ее увеличению, потому что жизнь не обязательно должна существовать только в таких системах («солнечный шовинизм»), только на таких планетах («терра-шовинизм») и только в таких, как у нас, формах («углеродный шовинизм»).

Поэтому неслучайно одновременно с полемикой вокруг первых данных «Кеплера» появились публикации, анализирующие всякого рода альтернативные области возникновения и существования жизни.

Некоторые из таких мест выглядят очень и очень экзотично, как в статье, опубликованной недавно на препринтах. В ней двое сотрудников лаборатории Ферми в Батавии (США) — Дэн Хупер и Джейсон Стеффен — рассчитали возможный вклад темной материи в разогрев одиночных планет-странников, блуждающих в темных галактических гало — сферических областях, окружающих центры галактик, где концентрация темной материи, как свидетельствуют наблюдения за создаваемыми ею гравитационными эффектами, наиболее высока.

Поскольку до сих пор неизвестно, что собой представляет темная материя, в качестве кандидата на роль ее основного компонента, могущего порождать энергию, рассмотрены массивные слабовзаимодействующие частицы, или вимпы (WIMP, Weakly Interacting Massive Particle).

Вимпы — тоже гипотетические и пока не детектированные частицы, хотя об их идентификации тот же Дэн Хупер заявил осенью прошлого года после анализа специфических источников гамма-излучения из другой галактики на основе данных орбитального гамма-телескопа «Ферми». Похоже, именно данные по этим источникам, корректно интерпретировать которые получилось только с помощью аннигиляции вимпов и их античастиц, сподвигли Хупера и Стеффена рассчитать возможный вклад темной материи в разогрев темных блуждающих планет, не получающих достаточного количества энергии от звезд.

Согласно их расчетам, вимпы могут попадать в гравитационные ловушки в ядрах таких достаточно массивных объектов, как планеты. С обычными атомами вимпы взаимодействуют очень слабо, но в таких ловушках вероятность того, что они столкнутся с другими вимпами и аннигилируют с испусканием квантов энергии, возрастает. Например, гипотетический вклад вимпов в разогрев земного ядра составляет, по предварительным расчетам, несколько мегаватт в год — значение очень маленькое для областей, значительно удаленных (как наша Солнечная система) от центральных областей Галактики, но сильно возрастающее в галактическом гало, где концентрация темной материи намного более высокая.

Согласно просчитанной модели, такого «саморазогрева» окажется вполне достаточно, чтобы даже в отсутствие звездных источников энергии поддерживать воду в жидком состоянии на поверхностях планет в несколько раз более массивных, чем Земля, и находящихся на расстоянии не менее 30 световых лет от галактического центра.

Потенциальная наблюдательная польза таких расчетов пока сомнительна. Во-первых, в силу пока что крайней умозрительности самой модели: вимпы, как и другие кандидаты на компоненты темной материи, пока не детектированы и точно не идентифицированы. Во-вторых, инструменты для поиска обитаемых систем в ближайшие как минимум 20 лет будут рассчитаны на намного более скромные дистанции, чем 26 тысяч световых лет, отделяющих Землю от центральных областей Галактики. Наконец, для разогрева вимпами планет требуются большие даже по галактическим масштабам промежутки времени, однако в очень отдаленной перспективе — через несколько триллионов лет, когда звезды исчерпают свой запас энергии — главным поставщиком энергии останется, возможно, только темная материя, чем и может воспользоваться человечество, если к тому времени оно вообще не прекратит своего существования, или не перейдет в пост-биологическую стадию развития.

С другой стороны, в ближайшие 10-20 лет природа темной материи может быть успешно прояснена,

и, в случае если гипотеза вимпов получит наблюдательные подтверждения (а вероятность этого довольно высока), статья Хупера и Стеффена может оказаться первым правильным шагом в оценке реального вклада темной матери, составляющей пятую часть всей наблюдаемой Вселенной, в зарождение жизни.

Другим не менее экзотичным, но более реальным альтернативным кандидатом на выполнение почетной миссии по поддержанию условий, достаточных для жизни, стали субкоричневые карлики — относительно немассивные и холодные образования, представляющие собой промежуточную форму (но не стадию: образование субкоричневых карликов схоже со схемой рождения звезд в результате гравитационного коллапса газовых облаков) между планетами и звездами. Диапазон таких «коричневых» субзвездных объектов, эволюционирующих, в силу недостаточности массы, не по главной звездной последовательности и поэтому относительно быстро остывающих, судя по всему, довольно широкий, а их общий вклад в звездную популяцию нашей Галактики оценивается в пределах 3–7%, то есть как весьма существенный.

Физик Виорел Бадеску, посчитавший, что в благородном деле поиска обитаемых миров игнорировать столь весомый и уже наблюдаемый компонент темной галактической материи будет неразумным, обратил свой интерес к объектам, лежащим ниже предела коричневых карликов — карликам субкоричневым. Как показали расчеты, на поверхности субкоричневых карликов, в отличие от уже хорошо наблюдаемых коричневых, некоторые из которых умеют даже испускать рентгеновское излучение, вполне могут возникнуть условия, пригодные для жизни: плотная атмосфера из молекулярных газов и термодинамические режимы, достаточные для образования океанов из простейших жидких углеводородов (например, этана), то есть солвентов, в которых могут, притом не обязательно на основе углерода, продуцироваться сложные химические соединения, нужные для возникновения жизни. Согласно расчетам Бадеску, опубликованным в журнале Planetary and Space Science масса атмосферы на таком карлике должна быть на два или три порядка больше, чем масса атмосфера Земли. Последнее условие вполне наблюдаемое: у некоторых коричневых карликов уже замечены флуктуации светимости, связанные, похоже, с вихревыми процессами, происходящими в их атмосферах, что дает дополнительные основания для включения субкоричневых карликов в номенклатуру объектов, потенциально пригодных для жизни.

Вслед за коричневыми еще одним обитаемым местом во Вселенной могут оказаться карлики белые — компактные (размером примерно с Землю) и очень плотные звездные объекты, оставшиеся после эволюции звезд солнечного класса, в определенный момент раздувшихся до красных гигантов и сбросивших газовую оболочку.

Конечно, на поверхности таких звезд что-либо живое возникнуть может вряд ли, но вот на планетах, вращающихся на очень близких к ним орбитах, такой сценарий, как полагает астрофизик Эрик Агол, недавно опубликовавший статью на эту тему в The Astrophysical Journal Letters, возможен. В отличие от коричневых и особенно субкоричневых карликов, обнаружить подобные системы проще: Агол оценивает популяцию таких белых карликов в ближайших окрестностях в 20 тысяч, притом для наблюдения у них планетных систем достаточно сети небольших 1-метровых телескопов. Учитывая, что до сей поры существование обитаемых планетных зон вокруг белых карликов серьезно не рассматривалось, изучение белых карликов может еще больше расширить потенциально обитаемую звездную номенклатуру.