Proxima b: przyjazna dla życia?

Odkrycie tak bliskiej, przyjaznej dla życia egzoplanety jest zaskakujące statystycznie. Zgodnie z dotychczasowymi szacunkami na podstawie setek egzoplanet odkrytych przez teleskop Kepler, istniało tylko 10% prawdopodobieństwo, że to właśnie w ekosferze Proximy Centauri znajduje się skalista planeta. Czy warunki na niej faktycznie są korzystne biologicznie?

Niespokojna Proxima Centauri

Gwiazda Proxima Centauri jest czerwonym karłem, który mimo znacznie mniejszych rozmiarów od Słońca, przejawia wielokrotnie wyższą aktywność. Według badań zespołu J. Davenporta, rozbłyski porównywalne do słonecznych zdarzają się tam nawet 63 razy dziennie, natomiast super-rozbłyski 8 razy rocznie. Super-rozbłysk teoretycznie jest w stanie pozbawić planetę atmosfery na 2 lata. Autorzy sugerują, że Proxima b może być z tego powodu na stałe pozbawiona atmosfery. Ponadto zwracają uwagę na niezbadaną możliwość występowania koronalnych wyrzutów masy, które mogą dodatkowo szkodzić najbliższej nam egzoplanecie.

Zespół pod przewodnictwem I. Ribasa porusza wpływ promieniowania na związki chemiczne, które przynajmniej dla ziemskiego życia byłoby sterylizujące – 250 razy większe promieniowanie rentgenowskie oraz 30 razy większe promieniowanie EUV. Co ciekawe, na tej kanwie J. O’Malley-James i L. Kaltenegger proponują hipotetyczną formę życia, która wykorzystywałaby wzrosty UV i w ten sposób można byłoby ją wykryć pod postacią tymczasowej biosygnatury, analogicznej do fluorescencyjnych koralowców.

Pochodzenie egzoplanety

Zmiana ekosfery wokół Proximy Centauri i porównanie z (obecną) orbita Proximy b / Credits – Barnes et al.

Proxima b aktualnie znajduje się blisko wewnętrznej części ekosfery. W dość obszernej pracy naukowej zespołu R. Barnesa zanalizowano wszystkie możliwe scenariusze, które doprowadziły do dzisiejszej pozycji. W wyjściowej, najprostszej sytuacji najbliższa nam egzoplaneta od zawsze jest w tym miejscu i w pierwszych 160 milionach lat z powodu wyższej aktywności gwiazdy Proximy Centauri było na niej za ciepło by mogła utrzymać się płynna woda. Szacuje się, że mogła wtedy stracić aż od 3 do 10 objętości ziemskich oceanów, jednak kosmicznej ucieczce ulegałby głównie wodór, natomiast duże objętości tlenu pozostałyby w atmosferze. W efekcie możemy mieć do czynienia z egzoplanetą zdominowaną przez tlen nie mający żadnego związku z życiem. Zależnie od wielu czynników (m.in. składu powierzchni) reaktywny tlen mógł na przestrzeni miliardów lat przekształcić się w dwutlenek węgla, co napędziłoby intensywne globalne ocieplenie, a Proxima b byłaby światem podobnym do Wenus.

Jest jednak hipotetyczna szansa na świat podobny do Ziemi. By Proxima b była dziś przyjazna biologicznie przynajmniej pod kątem planetarnym, wystarczyłaby gruba wodorowa otoczka atmosferyczna o ciężarze co najmniej 0,1% masy planety, która w początkowych aktywniejszych czasach gwiazdy pełniłaby funkcję izolacyjno-ochronną. Przywoływana jest tutaj propozycja małego Neptuna, który – początkowo nieprzyjazny dla życia – przez aktywną gwiazdę zostałby pozbawiony nadmiaru gazowej otoczki i tym samym stałby się egzoplanetą z przyjaznymi warunkami.

Ponadto podawane są inne możliwe scenariusze: egzoplaneta przyciągnięta z zewnętrznej części układu, z orbitą zmienianą przez wędrówkę od wnętrza do obrzeży galaktyki a także przez oddziaływania z Alfą Centauri; oraz egzoplaneta z wewnętrznym oceanem pokrytym lodową skorupą (“Super-Europa”) z racji tylko 65% ekwiwalentu ziemskiego nasłonecznienia.

Prawdopodobne właściwości Proximy b

Warunki potrzebne by woda w stanie ciekłym lub stałym mogła zaistnieć na Proximie b (w przypadku obrotu synchronicznego) / Credits – Turbet et al.

Ze względu na bliskość Proximy Centauri i Proximy b, prawdopodobnie obrót planety jest zsynchronizowany z obiegiem wokół gwiazdy – to oznacza, że jedna strona jest stale oświetlona, a druga stale zacieniona (ang. tidal locking). Przy braku atmosfery spowoduje to istotne różnice temperatur, niemal wykluczające biologiczną przydatność egzoplanety. Jednak dotychczasowe publikacje, m.in. C. Goldblatta i zespołu M. Turbeta wskazują, że już atmosfera generująca przyziemne ciśnienie równe 0,01-0,1 ziemskiego wystarczy do rozprowadzenia ciepła, tak by po stronie oświetlonej była optymalna temperatura (okolice 300 K = 27’C).

Jednocześnie ponownie istnienie atmosfery jest poddawane w wątpliwość przez publikację R. Barnesa. Przywoływane są prace teoretyczne, zgodnie z którymi wokół czerwonych karłów magnetosfera planet jest przyciśnięta do powierzchni i nie chroni skutecznie atmosfery.

Przyszłe dane

Kolejne kluczowe dane, rozwiązujące zagadkę atmosfery i pochodzenia Proximy b, uda się uzyskać prawdopodobnie dopiero z nowymi instrumentami. Zgodnie z publikacją L. Kreidberg i A. Loeb, teleskop kosmiczny Jamesa Webba (który zostanie wystrzelony w 2018r.) będzie w stanie ocenić temperaturę egzoplanety, a na jej podstawie uda się wywnioskować obecność lub brak atmosfery. Bezpośrednie odwzorowanie składu atmosfery może się udać dopiero w 2024r. za sprawą budowanego 39-metrowego teleskopu E-ELT. Możliwe obserwacje spójne z powyższymi scenariuszami zostały obszernie zanalizowane w pracy zespołu V. Meadows – publikacja ta jest warta polecenia w pierwszej kolejności jako rozszerzenie tematu, ponieważ zawiera szeroki wstęp szczegółowo referujący większość wyżej wymienionych badań.

Źródła, rozszerzenie tematu:

• V. Meadows i inni: The habitability of Proxima Centauri b: Enviromental states and observational discriminants
• Planetary Habitability Laboratory: Proxima b
• J. Davenport i inni: MOST observations of our nearest neighbor: Flares on Proxima Centauri
• R. Barnes i inni: The habitability of Proxima Centauri b: Evolutionary Scenarios
• I. Ribas i inni: The habitability of Proxima Centauri b: Irradiation, rotation and volatile inventory from formation to the present
• M. Turbet i inni: The habitability of Proxima Centauri b: Possible climates and observability
• L. Kreidberg i A. Loeb: Prospects for characterizing the atmosphere of Proxima Centauri b
• J. O’Malley-James i L. Kaltenegger: Biofluorescent Worlds: Biological fluorescence as a temporal biosignature for flare stars worlds

Redakcja serwisu Kosmonauta.net serdecznie dziękuje Panu Rafałowi Grochala za przesłany tekst.

(arxiv)