Древние звезды проливают свет на сходство Земли с другими планетами
AstroNews.ru - 18 Октября 2019 12:01:46
Новое следование Калифорнийского Университета показывает, что планеты, подобные Земле, могут быть обычным явлением во вселенной. Команда астрофизиков и геохимиков представляет новые доказательства того, что Земля не уникальна. Исследование было опубликовано в журнале Science 18 октября.
«Мы увеличили вероятность того, что многие скалистые планеты похожи на Землю, и во Вселенной очень много скалистых планет», - сказал соавтор Эдвард Янг, профессор геохимии и космохимии из Калифорнийского университета.
Ученые во главе с Александрой Дойл, аспирантом Калифорнийского университета в области геохимии и астрохимии, разработали новый метод для детального анализа геохимии планет за пределами нашей солнечной системы. Дойл сделала это, на основании анализа образцов скальных пород из астероидов или фрагментов скалистых планет, которые вращались вокруг шести звезд белых карликов.
«Мы изучаем геохимию в породах близ других звезд, что почти неслыханно», - сказал Янг.
«Очень сложно изучать состав планет за пределами нашей солнечной системы», - сказал соавтор Хильке Шлихтинг, доцент Калифорнийского университета по астрофизике и планетологии. «Метод, который мы впервые применили - это единственно возможный метод для определения геохимии горных пород за пределами Солнечной системы».
Звезды белого карлика - это плотные, выгоревшие остатки нормальных звезд. Благодаря их сильному гравитационному полю тяжелые элементы, такие как углерод, кислород и азот быстро в них погружаются, после чего эти тяжелые элементы не могут быть обнаружены телескопами. Ближайшая звезда белого карлика, которую изучала Дойл, находится на расстоянии около 200 световых лет от Земли, а самая дальняя - на расстоянии 665 световых лет.
«Наблюдая за этими белыми карликами и элементами, присутствующими в их атмосфере, мы наблюдаем за элементами тела, которое вращается вокруг белого карлика», - сказала Дойл. По ее словам, сильное гравитационное притяжение белого карлика измельчает астероид или фрагмент планеты, который вращается вокруг него, и его остатки падают на белого карлика. «Наблюдение за белым карликом похоже на вскрытие его содержимого, которое он проглотил в своей солнечной системе».
Данные, проанализированные Дойл, были собраны с помощью телескопов, в основном из обсерватории В.М. Кека на Гавайях, которые специалисты в области космических исследований ранее собирали для других научных целей.
«Если бы я просто посмотрела на звезду белого карлика, я бы ожидала увидеть водород и гелий», - сказала Дойл. «Но в этих данных я также вижу другие элементы, такие как кремний, магний, углерод и кислород - вещества, которые скапливался на белых карликах от тел вращавшихся вокруг них».
По словам Янга, когда железо окисляется, оно делит свои электроны с кислородом, образуя между ними химическую связь. «Это называется окислением, и вы можете видеть это, когда металл превращается в ржавчину», - сказал он. «Кислород крадет электроны из железа, производя оксид железа, а не железный металл. Мы измерили количество железа окисленного в тех породах, которые попали на белого карлика. Мы изучили, насколько металл ржавеет».
По словам Янга, породы Земли, Марса и из других частей нашей солнечной системы схожи по своему химическому составу и содержат удивительно высокий уровень окисленного железа. «Мы измерили количество окисленного железа в тех породах, которые попали на белого карлика», - сказал он.
Солнце состоит в основном из водорода, который противоположен процессу окисления, так как водород добавляет электроны.
Исследователи говорят, что окисление скалистой планеты оказывает значительное влияние на ее атмосферу, на ее ядро и вид горных пород, которые образуются на ее поверхности. «Все химические реакции, которые происходят на поверхности Земли, в конечном итоге могут быть прослежены до степени окисления планеты», - сказал Янг. «Тот факт, что у нас есть океаны и все компоненты, необходимые для жизни, можно проследить до того момента как планета окислялась. Горные породы контролируют химические процессы».
До сих пор ученые точно не знали, является ли химический состав скалистых экзопланет похожим или сильно отличается от химического состава Земли.
Насколько похожи горные породы, проанализированные командой Калифорнийского Университета, на горные породы с Земли и Марса?
«Очень похожи», сказала Дойл. «Они похожи на Землю и Марс в смысле своего окисленного железа. Мы обнаруживаем, что горные породы везде обладают очень похожими геофизическими и геохимическими свойствами».
Звезды белых карликов это редкая среда для анализа ученых.
Исследователи изучили шесть наиболее распространенных элементов содержащихся в породе: железо, кислород, кремний, магний, кальций и алюминий. Для этого они использовали математические расчеты и формулы, потому что ученые не могут изучать реальные породы из белых карликов. «Мы можем определить геохимию этих пород математически и сравнить эти расчеты с горными породами на Земле и на Марсе», - сказала Дойл. «Понимание состава породы имеет решающее значение, потому что это раскрывает геохимию и геофизику планеты».
«Если внеземные породы имеют такую же степень окисления, что и Земля, можно сделать вывод, что планета обладает такой же тектоникой плит и потенциалом магнитных полей, что и Земля, которые, как считается, являются ключевыми компонентами для жизни», - сказал Шлихтинг. «Это исследование позволяет сделать шаг вперед и получить такие выводы для тел вне нашей солнечной системы. Оно с большой долей вероятности указывает на существование земных аналогов».