Οι αστρικές εκλάμψεις μπορούν να απογυμνώσουν την ατμόσφαιρα των πλανητών, να τους καταστήσουν λιγότερο κατοικήσιμους

Καθώς η ανθρωπότητα συνεχίζει να εξερευνά πλανήτες πέρα ​​από το ηλιακό σύστημα———εξωπλανήτες———οι έρευνες για τις συνθήκες σε αυτούς τους κόσμους γίνονται όλο και πιο περίπλοκες. Αυτό περιλαμβάνει το ερώτημα εάν αυτοί οι εξωπλανήτες μπορούν να υποστηρίξουν ζωή.

Νέα έρευνα έχει εντοπίσει ποια αστέρια θα ήταν πιο πιθανό να φιλοξενήσουν πλανήτες με τις απαραίτητες συνθήκες για κατοικησιμότητα, με βάση την αστρική δραστηριότητα αυτού του άστρου και καθοριστικά τον ρυθμό με τον οποίο μια τέτοια δραστηριότητα απομακρύνει την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη.

«Θέλαμε να καταλάβουμε πώς οι πλανήτες χάνουν την ατμόσφαιρά τους από την ακραία υπεριώδη ακτινοβολία και να εκτιμήσουμε τον αντίκτυπό τους στη δυνατότητά τους να φιλοξενήσουν ζωή», λέει στο ZME Science η Dimitra Atri, ερευνήτρια από την Επιστήμη του Διαστήματος στο NYU Abu Dhabi (NYUAD). . "Εστιάσαμε σε ένα κανάλι διαφυγής που ονομάζεται υδροδυναμική διαφυγή όπου η αστρική ακτινοβολία θερμαίνει την ατμόσφαιρα του πλανήτη και ένα μέρος της διαφεύγει στο διάστημα."

Ο Atri είναι ο συγγραφέας μιας εργασίας που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Monthly Notices of Royal Astronomical Society:Letters , το οποίο αναλύει τις εκπομπές εκλάμψεων χρησιμοποιώντας δεδομένα που συλλέγονται από το παρατηρητήριο Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) της NASA, βοηθώντας τελικά να προσδιοριστεί πού αλλού στο Σύμπαν είναι πιο πιθανό να ευημερήσει η ζωή.

Harbouring Life:A Question of Water Retention

Η κατοικιμότητα του πλανήτη συνδέεται στενά με την ικανότητα αυτού του κόσμου να συγκρατεί υγρό νερό. Αυτό σημαίνει ότι οι παράγοντες που μπορούν να βράσουν αυτό το νερό ή να προκαλέσουν την απώλεια του στο διάστημα μειώνουν αυτήν την κατοικησιμότητα. Η κατοικήσιμη ζώνη του περιβάλλοντος ενός άστρου ορίζεται ως το εύρος στο οποίο ένας πλανήτης μπορεί να περιφέρεται και να εξακολουθεί να έχει υγρό νερό. Αυτό σημαίνει όχι πολύ ζεστό ή πολύ κρύο — κριτήρια που οδήγησαν στην εναλλακτική ονομασία για τέτοιες περιοχές, τη ζώνη Goldilocks.

Ωστόσο, η απόσταση και η φωτεινότητα ενός αστεριού δεν είναι οι μόνοι παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν την ικανότητα ενός πλανήτη να κρατά υγρό νερό. Ο διαστημικός καιρός — συμπεριλαμβανομένων των ηλιακών εκλάμψεων — είναι ένα άλλο καθοριστικό στοιχείο, ένα στοιχείο που μέχρι στιγμής δεν είναι καλά κατανοητό. «Οι φωτοβολίδες διαβρώνουν τις πλανητικές ατμόσφαιρες», λέει ο Atri. «Χρειάζεται μια ουσιαστική ατμόσφαιρα για τη διατήρηση του υγρού νερού στην επιφάνεια ενός πλανήτη. Οι εκλάμψεις μειώνουν αυτές τις πιθανότητες και κάνουν τους πλανήτες λιγότερο κατοικήσιμους.»

Αυτό που ανακάλυψε ο Atri, μαζί με τον συν-συγγραφέα και μεταπτυχιακό φοιτητή Shane Carberry Mogan, ήταν ότι ενώ η φωτεινότητα από ένα αστέρι εξακολουθούσε να είναι ο κύριος κινητήριος παράγοντας στην απογύμνωση της ατμόσφαιρας, οι εκλάμψεις ήταν πιο σημαντικός παράγοντας για ορισμένα αστέρια από άλλα. Συγκεκριμένα, ανακάλυψαν ότι οι εκλάμψεις από αστέρια M0-M4 — ψυχρά, κόκκινα αστέρια όπως ο Betelgeuse — είχαν περισσότερες πιθανότητες να απογυμνώσουν την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη σε τροχιά.

Το δίδυμο προσδιόρισε ότι οι πιο συχνές, χαμηλότερης ενέργειας εκλάμψεις στην ακραία περιοχή υπεριώδους (XUV) του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος ήταν πιο αποτελεσματικές στην απογύμνωση της ατμόσφαιρας ενός πλανήτη και επομένως στη μείωση της κατοικήσεώς του από τις λιγότερο συχνές, υψηλότερης ενέργειας εκρήξεις. Η ακτινοβολία XUV χτυπά την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη θερμαίνοντάς τον. Αυτό προκαλεί υδροδυναμική διαφυγή, ωθώντας πρώτα ελαφρά άτομα, τα οποία μέσω της σύγκρουσης και άλλων φαινομένων οπισθέλκουσας εξάγουν επίσης βαρύτερα μόρια.

«Βρίσκουμε ότι για τα περισσότερα αστέρια, η διαφυγή που προκαλείται από τη φωτεινότητα είναι ο κύριος μηχανισμός απώλειας, με μικρή συμβολή από εκλάμψεις», εξηγεί ο Atri. «Ωστόσο, οι εκλάμψεις κυριαρχούν στον μηχανισμό απώλειας περίπου 20 τοις εκατό των αστεριών M4–M10.

«Τα αστέρια M0–M4 είναι πιο πιθανό να διαβρώσουν πλήρως τόσο την πρωτο- όσο και τη δευτερεύουσα ατμόσφαιρά τους, ενώ τα αστέρια M4–M10 είναι λιγότερο πιθανό να διαβρώσουν τη δευτερεύουσα ατμόσφαιρά τους».

Η μελέτη υπογραμμίζει επίσης το γεγονός ότι απαιτείται καλύτερη μοντελοποίηση των παραγόντων που επηρεάζουν την ατμόσφαιρα ενός εξωπλανήτη. Ο προσδιορισμός των συστημάτων και των πλανητών που είναι πιο πιθανό να φιλοξενούν ζωή θα παίξει σημαντικό παράγοντα για την επιλογή στόχων για το επερχόμενο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb — που θα εκτοξευτεί στις 31 Οκτωβρίου 2021 — και το εξαιρετικά μεγάλο τηλεσκόπιο της ESO (ELT) που βρίσκεται υπό κατασκευή στην έρημο Acatma , Χιλή.

«Το επόμενο ερευνητικό βήμα θα ήταν να επεκτείνουμε το σύνολο δεδομένων μας για να αναλύσουμε αστρικές εκλάμψεις από μεγαλύτερη ποικιλία άστρων για να δούμε τις μακροπρόθεσμες επιπτώσεις της αστρικής δραστηριότητας και να εντοπίσουμε περισσότερους δυνητικά κατοικήσιμους εξωπλανήτες», προσθέτει ο Atri.

Ο ερευνητής επισημαίνει επίσης ότι η συνεχής έρευνα για το πώς οι πλανήτες χάνουν την ατμόσφαιρά τους θα μπορούσε επίσης να επικεντρωθεί σε έναν στόχο πιο κοντά στο σπίτι, τον πλησιέστερο γείτονά μας, τον Άρη. «Δεδομένου ότι είναι εξαιρετικά δύσκολο να παρατηρήσουμε τη διαδικασία διαφυγής σε εξωπλανήτες, σχεδιάζουμε να μελετήσουμε αυτό το φαινόμενο με μεγάλη λεπτομέρεια στον Άρη με την αποστολή Hope των ΗΑΕ», λέει ο ερευνητής, εξηγώντας πώς οι παρατηρήσεις από τις αποστολές του Άρη μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την καλύτερη κατανόηση της ατμοσφαιρικής διαφυγής και πώς αυτή η γνώση μπορεί να εφαρμοστεί σε εξωπλανήτες. «Στη συνέχεια θα εφαρμόσουμε την κατανόησή μας για την ατμοσφαιρική διαφυγή σε εξωπλανήτες και θα εκτιμήσουμε την επίδραση της ακραίας υπεριώδους ακτινοβολίας στην κατοικησιμότητα των πλανητών».

Πέρα από το ζήτημα της κατοικιμότητας, η μελέτη αρχίζει να εξετάζει το ευρύτερο ζήτημα της δυναμικής των άστρων και των πλανητικών συστημάτων τους και την εξέλιξη τέτοιων διατάξεων. «Δεδομένης της εγγύτητας των εξωπλανητών στα αστέρια που φιλοξενούν, είναι ζωτικής σημασίας να κατανοήσουμε πώς τα διαστημικά καιρικά φαινόμενα που συνδέονται με αυτά τα αστέρια μπορούν να επηρεάσουν την κατοικησιμότητα του εξωπλανήτη», καταλήγει ο Atri. "Τα αστέρια και οι πλανήτες συνδέονται πολύ στενά με διάφορους τρόπους και η βελτιωμένη κατανόηση αυτής της σύζευξης είναι απολύτως απαραίτητη για την εύρεση κατοικήσιμων πλανητών στον Γαλαξία μας και πέρα ​​από αυτήν."

Atri. D., Carberry Morgan. S. R., [2020], «Stellar flares versus luminosity:ατμοσφαιρική διαφυγή που προκαλείται από XUV και πλανητική κατοικιμότητα», Monthly Notices of Royal Astronomical Society:Letters.