Астрономы «закрыли» жизнь на планете K2-18 b

Красный карлик K2-18 лежит сравнительно близко к Солнцу, при этом был открыт только в 2015 году, потому что при массе, которая вполовину меньше солнечной, уступает нашей звезде по светимости более чем в 40 раз. Вокруг карлика вращается планета K2-18 b — первая из всех планет, лежащих в обитаемой зоне, чью атмосферу удалось проанализировать «на просвет». С помощью такого метода астрономы выясняют, как именно атмосфера планеты поглощает излучение своей звезды, и на этой основе делают выводы о ее составе.

Планета K2-18 b по диаметру в 2,61 раза больше Земли, а по массе превосходит ее в 8,63 раза. Ее оцениваемая плотность — всего 2,67 тонны на кубометр, примерно вдвое ниже земной и примерно на 70 процентов больше, чем у Нептуна. Такие тела часто называют субнептунами. В то же время эта планета находится слишком близко к своей звезде, чтобы быть полным аналогом Нептуна. В частности, она должна быть теплее Земли.

Более ранние наблюдения дали астрономам ясное понимание того, что на K2-18 b есть довольно серьезная, в основном водородная, атмосфера. В ней также удалось найти следы метана и углекислого газа, вместе они дают до одного процента атмосферы.

В прошлом году было заявлено открытие в местной атмосфере диметилсульфида. Он хорошо знаком каждому, поскольку именно это соединение серы придает своеобразный бодрящий запах морскому воздуху. Источник диметилсульфида у нас — водоросли и фитопланктон, которые выделяют его как отходы жизнедеятельности. Хотя это соединение можно получить неорганическим путем, необходимые для этого методы практически нереализуемы вне лаборатории либо сферы промышленности. Естественно, это породило надежду на существование на K2-18 b хотя бы примитивной жизни.

Недавно ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде (США) опубликовали в The Astrophysical Journal Letters работу, в которой показали, что наличие диметилсульфида на K2-18 b вряд ли реально.

Для этого они взяли данные космического телескопа «Джеймс Уэбб», в которых ранее другие ученые нашли следы диметилсульфида, и проанализировали их повторно. С помощью моделирования исследователи показали, что введение в данные достаточного количества метана делает их неотличимыми от тех наблюдений, по которым обнаружили диметилсульфид.

Причина в том, что полосы поглощения излучения у метана и диметилсульфида частично пересекаются. Если от источника приходит много излучения, то можно отличить одно соединение от другого. Но K2-18 — очень тусклая звезда, от которой до нас доходит немного электромагнитных волн.

Другая возможность обнаружения — если диметилсульфида в атмосфере K2-18 b было бы достаточно много. Авторы новой научной работы попробовали рассчитать, какой уровень концентрации этого соединения дал бы достаточно мощный сигнал в данных «Джеймса Уэбба». К сожалению, оказалось, что для этого концентрация диметилсульфида там должна быть в 20 раз выше, чем на Земле. Это практически нереальный уровень, поскольку таких концентраций фитопланктона или водорослей в реальной биосфере обеспечить не получится.

И все-таки нотка оптимизма в новом исследовании есть. В течение 2024 года «Джеймс Уэбб» задействует еще один свой инструмент для поиска диметилсульфида на K2-18 b, ранее для этого не использовавшийся. Его область чувствительности — волны с длиной от девяти до 13 микрометров. Ранее тот же телескоп изучал субнептун в диапазоне около 3,4 микрометра. С учетом нового диапазона можно будет определенно сказать, есть там подобное соединение в земных концентрациях или нет.

Отметим, что из общих соображений возможность существования жизни земного типа на K2-18 b глубоко неочевидна. Водород — мощный парниковый газ, а атмосфера этой планеты, похоже, имеет большую толщину. Следовательно, реальная температура на ее поверхности намного выше, чем на Земле в любой точке истории, и в теории может превышать 100 градусов Цельсия. В сочетании с большим давлением на дне местного атмосферного океана вода там может находиться в суперкритическом состоянии.

Как минимум фотосинтезирующая жизнь в известных нам формах несовместима с такими условиями. А если нет фотосинтеза — выделять диметилсульфид некому.

Если же, вопреки общим соображениям, это соединение на K2-18b обнаружат, ученым придется существенно пересматривать свои представления о самой жизни, особенно о диапазоне условий, в которых она возможна.