将迷你海王星变成可居住的超级地球

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华盛顿大学的一项新研究详细说明了主星的强烈辐射可能导致在可居住区内被称为迷你海王星的行星脱离气体包络并成为可能适合居住的世界。 /

华盛顿大学天文学家发现,已知抑制行星潜在习惯性的两种现象 - 潮汐力和强烈的恒星活动 - 可能反而有助于某些行星绕低质量恒星的生命机会。

在本月出版的天文生物学杂志上,UW博士生罗德里戈卢格和合作研究助理教授罗里巴恩斯说,这两种力量可以结合起来,改变无法居住的“迷你海王星” - 外层轨道上的大行星和浓厚的氢气气氛 - 进入更近距离,无气体,可能适宜居住的世界。

我们星系中的大多数恒星都是低质量恒星,也称为M矮星。它比太阳更小,更暗,具有近距离可居住区域,因此它们成为寻找和研究潜在可居住行星的理想目标。天文学家期望在未来几年在这些恒星的可居住地区找到许多地球状和“超级地球”的行星,因此了解它们是否确实可以支持生命是很重要的。

超级地球是质量比我们自己小但比海王星和天王星等天然气巨人还要小的行星。可居住区域是星星周围的空间,可能允许轨道上岩石行星表面上的液态水,也许会给人生一个机会。

“地球上有许多过程可以忽略不计,但会影响M矮行星的可居住性,”卢格说。 “两个重要的是潮汐效应强烈和恒星的活跃。”

潮汐力是一颗恒星在轨道行星上的重力拖曳,在行星近侧,面对主恒星时比在远侧更强,因为重力随着距离而减弱。这种拉动可以将一个世界拉伸成椭圆形或卵形,并且可能导致它移近它的恒星。

“这就是我们在地球上出现海洋潮汐的原因,因为来自月球和太阳的潮汐力都可以拖曳海洋,造成我们作为高潮所经历的隆起,”卢格说。 “幸运的是,在地球上,真正只有海洋中的水变得歪曲了,只有几英尺。但是近距离行星,如M矮人可居住地区的行星,会经历更强大的潮汐力。“

这种伸展会在行星内部产生摩擦,产生大量的能量。这可能会导致地表火山活动,并在某些情况下甚至会将地球加热到温室失控状态,使海洋沸腾以及所有可居住的机会。

充满活力的恒星活动也会破坏行星上低质量恒星绕行星的任何机会。年轻的M矮人非常明亮,散发出大量的高能X射线和紫外线,可以加热行星的上层大气,产生强风,可以完全侵蚀大气。在最近的一篇论文中,卢格和巴恩斯表明,一颗行星的整个地表水可能因其形成后的最初数亿年内的这种恒星活动而丧失。

“但事情并不一定像听起来一样严峻,”卢格说。合作者使用计算机模型发现,潮汐力和大气逸出有时可能形成行星,这些行星起初为小型海王星,进入无气候,可能适宜居住的世界。

这种转变如何发生?

迷你海王星通常远离主星形成,冰分子与大量的氢气和氦气结合,形成冰冷/岩石核心,被巨大的气体环境包围。

“他们最初是冷冰冰的,不友好的世界,”卢格说。 “但行星不一定总是存在。除了其他过程外,潮汐力还可以诱发行星向内迁移。“这一过程可以将迷你海王星带入主星的居住区,在那里它们暴露于更高水平的X射线和紫外线辐射。

这反过来又会导致大气中的气体迅速流失到太空,有时会留下一个无氢,多岩石的世界。合着者称这些行星为“可居住的蒸发核心”。

“这样的行星很可能有丰富的地表水,因为它的核心含有丰富的水冰,”卢格说。 “一旦进入居住区,这块冰就会融化并形成海洋,”也许会导致生命。

巴恩斯和卢格指出,这样的行星必须满足其他许多条件才能居住。一个是在全球范围内开发营养物质的环境权利。

另一个是简单的时间。如果在行星形成过程中氢气和氦气的流失速度太慢,气体包络会占上风,并且不会形成岩石的陆地世界。如果世界太快失去氢气,就会导致失控的温室状态,所有的水都会流失到太空中。

“最重要的是,这个过程 - 将小海王星转变成类似地球的世界 - 可能是通过M矮星形成可居住世界的途径,”Luger说。

他们真的可以居住吗? Luger说,这对未来的研究仍然有用。

“无论哪种方式,这些蒸发的核心都可能潜伏在这些恒星的可居住区域,而且在未来几年可能会发现许多核心。”

Luger是该论文的主要作者,Barnes和Victoria Meadows是他的UW合着者。其他合着者还有加州大学圣克鲁兹分校的E. Lopez和Jonathan Fortney以及博伊西州立大学的Brian Jackson。

该研究通过虚拟行星实验室完成,该实验室是一个基于UW的跨学科研究小组,由NASA天体生物学研究所资助,合作协议号为NNA13AA93A。

出版物:Luger R.等人,“可居住的蒸发核心:将M-Dwarfs的可居住区域中的迷你海王星转变为超级地球”,天体生物学。 2015年1月,15(1):57-88; DOI:10.1089 / ast.2014.1215

PDF研究副本:可居住的蒸发核心:在M矮人的可居住地区将迷你海王星变成超级地球

资料来源:华盛顿大学Peter Kelley

图片:罗德里格卢格/美国航空航天局图像

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