JWST detekuje páru na vzdálených exoplanetech. Mohly by exotické vodní světy přepsat hledání života?
Sub-neeptuny bohaté na vodu mohou nabídnout klíčové vodítka, kde by život mohl existovat mimo Země.
U astrobiologů začíná hon na život mimo naši sluneční soustavu stejnou otázkou, kterou byste položili v poušti: kde je voda? Mezi dosud objevenými planetami se zdá, že velmi běžný typ má interiéry bohaté na vodu. Tyto světy jsou známé jako „subneptuny“, protože jejich velikost a hmota padají mezi Zemi a Neptune.
Většina subneptunů zakroužkuje své hvězdy na vzdálenosti mnohem menší než oběžné dráhy Země kolem slunce, což nechává jejich povrchy příliš horké na tekutou vodu nebo na celý život. Místo toho pravděpodobně hostují silné parní atmosféry nad vrstvami neobvyklého stavu vody, který se chová jako plyn ani kapalina. Myšlenka těchto „parních světů“ byla představena před 20 lety a zájem o jejich podrobné složení a o tom, jak se v průběhu času v průběhu času roste.
Nyní astrobiologové a astronomové na University of California, Santa Cruzvyvinuli přesnější způsob, jak modelovat tyto parní světy, aby lépe porozuměli jejich složení, a nakonec, jak se vytvořili na prvním místě. „Když chápeme, jak nejčastěji pozorované planety ve formě vesmíru, můžeme přesunout naše zaměření na méně běžné exoplanety, které by mohly být skutečně obyvatelné,“ řekl Artem Aguichine, postdoktorandský výzkumník v UC Santa Cruz, který vedl vývoj nového modelu.
Práce je vysvětlena v příspěvku zveřejněném 24. července The Astrofyzikální deník a je spoluautorem profesorka Natalie Batalha, vedoucí astrobiologické iniciativy UC Santa Cruz, spolu s profesorem Jonathanem Fortneyem, předsedou univerzitního astronomie a astrofyzikálního oddělení.
Více než ledové měsíce
Poprvé v historii, James Webb Space Telescope (JWST) potvrdil přítomnost páry na hrsti subneptu. Astronomové očekávají, že JWST bude pozorovat více desítek, a proto jsou takové modely rozhodující pro připojení toho, co vidíme z exoplanetpovrch k tomu, co je uvnitř.
Modely historicky používané k charakterizaci subneptunů byly vyvinuty ke studiu ledových měsíců v naší sluneční soustavě, jako například JupiterMěsíc Evropa a SaturnMOYN ENCELADUS. Aguichine říká, že sofistikované modely mohou pomoci interpretovat, jaké vesmírné dalekohledy jako JWST odhalují o subneptunech.
https://www.youtube.com/watch?v=1_5EYHGNEGC
Animace vývoje parního světa od formace do velmi stáří (100 milionů let do 20 miliard let). Interiér je zpočátku horký a v průběhu času chladí. Jak rychle je planeta ochlazuje složitou souhrou mezi interiérem a atmosférou. Kredit: Astrobiologie na UC Santa Cruz
Ledové měsíce jsou malá, kondenzovaná těla s vrstvenými strukturami: ledové krusty nad oceány tekuté vody. Sub-neeptuny jsou hodně odlišné. Jsou nesmírně masivnější – 10 až 100krát tolik – a opět obíhají mnohem blíže svým hvězdám. Takže nemají ledové krusty a tekuté oceány jako Evropa nebo encoladus. Místo toho vyvíjejí silné parní atmosféry a vrstvy „superkritické vody“.
Tato exotická, superkritická fáze vody byla znovu vytvořena a studována v laboratořích na Zemi, což vykazuje chování, které je mnohem složitější než jednoduchá kapalná voda nebo led – což ztěžuje přesné modelování. Některé modely dokonce naznačují, že za podmínek extrémního tlaku a teploty se může voda dokonce proměnit v „superionický led“, což je fáze, ve které molekuly vody reorganizují, takže vodíkové ionty se volně pohybují přes kyslíkovou mříž.
Neptun a potenciálně také subneptuny. Pro modelování subneptunů tedy musí vědci pochopit, jak se voda chová jako čistá pára, jako superkritická tekutina a v extrémních státech, jako je superionic led. Model tohoto týmu odpovídá za experimentální údaje o fyzice vody za extrémních podmínek a zvyšuje teoretické modelování, které je vyžadováno.
„Interiéry planet jsou přírodními laboratořemi pro studium podmínek, které je obtížné reprodukovat v univerzitní laboratoři na Zemi. To, co se naučíme, by mohlo mít nepředvídané aplikace, které jsme ani neuvažovali. Vodní světy jsou v tomto smyslu obzvláště exotické,“ vysvětlil Batalha. „V budoucnu můžeme zjistit, že podmnožina těchto vodních světů představuje nové výklenky pro život v galaxii.“
Modelováním distribuce vody v těchto běžných exoplanetech mohou vědci sledovat, jak voda – jeden z nejhojnějších molekul vesmíru – během tvorby planetárních systémů. Ve skutečnosti Aguichine řekl, že voda má řadu fascinujících vlastností:
- Je to chemikálie kyselina a základna, účast na chemické rovnováze
- Je dobré při rozpuštění solí, cukrů a aminokyseliny
- Vytváří vodíkové vazby – dává vodě vyšší viskozitu, vyšší bod varu, větší kapacitu pro ukládání tepla a další.
„Život lze chápat jako složitost,“ řekl Aguichine, „a voda má širokou škálu vlastností, které umožňují tuto složitost.“
Ohlédnutí zpět a vpřed
Zdůraznil také, že jejich modelování se nezaměřuje na statické snímky subneptunů, ale odpovídá za jejich vývoj nad miliony a miliardami let. Protože planetární vlastnosti se v průběhu času výrazně mění, modelování, že vývoj je nezbytný pro přesné předpovědi, řekl.
Modelování bude brzy podrobeno testem pokračujícími pozorováními s JWST a také s budoucími misemi, jako je například Evropská kosmická agenturaNadcházející spuštění planetárního tranzitu a oscilace (Plató) Stars Telescope, mise, která má najít planety podobné Zemi v obyvatelné zóně jejich hostitelské hvězdy.
„Platón nám bude moci říct, jak přesné jsou naše modely, a jakým směrem je musíme upřesnit,“ řekl Aguichine. „Takže opravdu, naše modely v současné době dělají tyto předpovědi pro dalekohledy a zároveň pomáhají utvářet další kroky při hledání života mimo Země.“
Reference: „Evoluce parních světů: Energetické aspekty“ od Artyoma Aguichine, Natalie Batalha, Jonathan J. Fortney, Nadine Nettelmann, James E. Owen a Eliza M.R. Kempton, 24. července 2025, Astrofyzikální časopis.
Dva: 10,3847/1538-4357/ADD935
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
