Ученые выяснили, какие звезды во Вселенной могут стать «колыбелью жизни»
Выводы команды могут показаться нелогичным, поскольку звезды с более низким содержанием металлов излучают больше ультрафиолетового света. Однако новая работа показала, что планета с богатой кислородом атмосферой имеет более толстый озоновый слой, что дает миру, вращающемуся вокруг звезды с низким содержанием металлов, большую защиту.
Не все звезды рождаются равными. Они могут быть маленькими, холодными и тусклыми или большими и горячими. И хотя у них есть некоторые общие элементы, их химический состав может сильно различаться. Все потому, что в самом начале истории Вселенной тяжелых элементов не существовало. Водород и гелий были почти всей материей мироздания; из этих элементов родились первые звезды, чьи сердца стали колоссальными реакторами, в которых атомы сталкивались вместе. Чудовищное давление и запредельные температуры позволили получать все более тяжелые вещества в результате подобных интенсивых столкновений.
Когда звезда гибнет, она коллапсирует и буквально сбрасывает в космос огромное количество раскаленной плазмы и излучения. Мощные взрывы первых сверхновых породили еще более тяжелые элементы и засеяли ими космос, чтобы в будущем те были поглощены новыми звездами, рожденными из облаков межзвездной пыли и газа.
Элементы в составе звезды изменяют ее излучение. Звезды с большей долей элементов, более тяжелых, чем водород и гелий, или с более высокой металличностью излучают меньше ультрафиолетового излучения, чем звезды, состоящие из более легкого вещества. И мы знаем, живя здесь, на Земле, что УФ-излучение может нанести вред нежным наземным организмам, вызывая различные типы повреждений ДНК.
Губительный ультрафиолет
Роль УФ-излучения в потенциальной обитаемости инопланетных миров не изучалась, поэтому Шапиро и ее коллеги исследовали Землю в качестве модели.
Инопланетная цивилизация, смотрящая на Солнечную систему с большого расстояния, могла бы счесть планету негостеприимной для жизни. Исследователи говорят, что на нашем нынешнем расстоянии от Солнца уровни излучения в диапазонах длин волн УФ-С и УФ-В «значительно превышают максимально допустимый уровень для земной жизни».
Но весь секрет в том, что наша атмосфера блокирует большую его часть: кислород в верхних слоях атмосферы поглощает большую часть УФ-С, а слой озона в средней атмосфере поглощает УФ-В.
УФ-излучение участвует в создании и разрушении озона. Длины волн ниже 240 нанометров разрушают молекулы O2; свободно плавающие атомы O могут затем сталкиваться с молекулами O2 и связываться с ними, образуя O3. Однако более длинные волны разрушают O3 посредством фотодиссоциации. Образующиеся атомы O могут затем рекомбинировать в O2.
На УФ-излучение звезды влияют несколько факторов, в том числе ее металличность и температура. Шапиро и ее команда смоделировали похожие на Землю миры, вращающиеся вокруг звезд, подобных Солнцу, настроив параметры, влияющие на УФ-излучение, чтобы увидеть, какое влияние это окажет на вращающуюся экзопланету.
Они обнаружили, что металличность была более важной, чем температура, влияя на обитаемость экзопланеты, но совершенно противоположным образом. Звезды с более низкой металличностью и большим количеством УФ-излучения с большей вероятностью могут иметь обитаемые миры. Это потому, что то, как УФ-излучение взаимодействует с кислородом в атмосфере, создает лучший экран, в результате чего меньше этого излучения достигает поверхности экзопланеты.
«Парадоксально, но в то время как звезды с более высокой металличностью, которые появились позже в истории Вселенной, излучают меньше УФ-излучения, в насыщенных кислородом планетарных атмосферах связанный с ними звездный спектр излучения допускает меньшее образование O3, что увеличивает проникновение УФ-излучения, делая условия на планетах, вращающихся вокруг эти звезды менее дружелюбны для биосферы на суше», — пишут исследователи.
На текущем этапе звезды с более высокой металличностью еще рано исключать из списка кандидатов на колыбель жизни. Но анализ и характеристика атмосфер экзопланет с помощью таких инструментов, как космический телескоп Джеймса Уэбба, поможет ученым понять, находятся ли они на правильном пути, приблизив нас на один крошечный шаг к обнаружению признаков жизни в далеких мирах.