Спутники блуждающих экзопланет могут быть обитаемыми — но с одним условием ????

Поглощающий тепло водород

Астрономы уже обнаружили сотни экзопланет, дрейфующих в межзвёздном пространстве; большинство из них, вероятно, были выброшены из своих родительских систем в результате бурных гравитационных взаимодействий в далёком прошлом. После изгнания такие миры, скорее всего, стали крайне холодными и тёмными — однако, по мнению некоторых астрономов, их спутники могли иметь более интересную судьбу.

Во время хаоса, сопровождающего выброс, орбита спутника может стать сильно вытянутой, из-за чего он многократно растягивается и сжимается гравитацией своей планеты. Подобно Европе и Энцеладу в нашей Солнечной системе, такие приливные силы могут генерировать огромное количество внутреннего тепла.

Если атмосфера такого спутника нестабильна и газы в ней могут конденсироваться в жидкость, большая часть этого приливного тепла просто излучается в космос. Но ситуация может быть совершенно иной при наличии плотных атмосфер с высоким давлением, в которых доминирует водород.

В современной атмосфере Земли молекулы водорода (простые пары связанных атомов) практически не влияют на нагрев — однако при высоком давлении они способны поглощать тепло через процесс, известный как «поглощение, индуцированное столкновениями» (collision-induced absorption, CIA). Во время кратковременных столкновений молекулы водорода образуют супрамолекулярные комплексы — временные структуры, удерживаемые слабыми нековалентными связями.

Такие комплексы гораздо эффективнее поглощают инфракрасное излучение, чем отдельные молекулы водорода, и по эффективности могут соперничать с мощными парниковыми газами, такими как углекислый газ и метан.

В результате некоторые предыдущие исследования рассматривали, какая доля энергии, генерируемой внутри спутника или даже молодых планет, может эффективно удерживаться в плотной водородной атмосфере. Если это возможно, такие атмосферы могут нагреваться без масштабной конденсации, которая ограничивала более ранние модели с доминированием углекислого газа.

«Такой экзоспутник мог бы иметь температуру поверхности, достаточную для существования жидкой воды без близкой звезды, что значительно расширяет возможности возникновения жизни во Вселенной», — объясняет Дальбюддинг. «Однако, хотя такие спутники, возможно, удастся обнаружить уже в ближайшем будущем, подтверждение и анализ их атмосферы, вероятно, ещё долго останутся невозможными».

Комбинирование расчётов

Пока что лучший способ изучать такие экзотические среды — это моделирование. Как объясняет Дальбюддинг, такие симуляции позволяют проследить, как атмосфера и орбита спутника эволюционируют на протяжении миллиардов лет после выброса его планеты.

«Мы объединили точные расчёты температур атмосферы с обратной связью по химическому составу, главным образом через процессы конденсации», — говорит он. «Это даёт наиболее реалистичные — хотя всё ещё приближённые — модели таких спутников на сегодняшний день».

Кроме того, исследователи учли новейшие теоретические результаты о том, как со временем изменяются орбиты экзоспутников. «В 2023 году работа под руководством Джулии Роччетти показала, что орбитальная циркуляризация приводит к уменьшению доступного приливного тепла со временем», — продолжает Дальбюддинг. «В сочетании с этими результатами мы можем оценить максимальное время, в течение которого спутник остаётся в обитаемой зоне».

Сохранение жидкой воды

Расчёты команды показали, что при самых плотных водородных атмосферах (с давлением до 100 раз выше земного) эффект поглощения, индуцированного столкновениями, делает условия достаточно тёплыми и стабильными для существования жидкой воды. В некоторых случаях такие обитаемые условия могут сохраняться до 4,3 миллиарда лет после выброса планеты — что сопоставимо с текущим возрастом Земли.

«Водород действует не только как мощный парниковый газ, но и как стабильная среда, в которой такие вещества, как метан, аммиак и водяной пар, могут дополнительно способствовать удержанию внутреннего тепла», — отмечает Дальбюддинг.

Параллели с ранней Землёй

Исследователи предполагают, что помимо моделирования далёких экзоспутников,  их результаты могут пролить свет и на раннюю историю Земли. До возникновения жизни атмосфера нашей планеты могла содержать значительно больше водорода, чем сегодня, и периодически находилась под высоким давлением из-за частых падений астероидов — условия, которые могли усиливать эффект поглощения, индуцированного столкновениями.

Такие среды могли способствовать образованию и репликации молекул РНК, тем самым запуская процесс эволюции.

«В ходе постоянных обсуждений мы связываем наши результаты с новейшими исследованиями происхождения жизни на Земле», — говорит Дальбюддинг. «И мы надеемся, что наша работа поможет построить мост между биофизикой и астрофизикой и для других учёных».

Домашнее чтение:

???? - https://dx.doi.org/10.48550/arxiv.2602.05378

????

----

Вселенная бесконечна и многообразна. И на десять тысяч планет-изгоев найдется спутник, на котором вдруг образуется вода в жидком виде, и атмосфера станет приемлемой, и закопошится вдруг что-то в лужицах на ее поверхности, и начнет думать, хотеть, сомневаться...

Чудная фантазия, которая, не исключено, возможно, где-то и реализована уже прямо сейчас...

Такие новости нам нужны, они мотивируют и поднимают настроение!