Древние звезды проливают свет на сходство Земли с другими планетами

Команда астрофизиков и геохимиков представляет новые доказательства того, что Земля не уникальна. 

«Мы только что повысили вероятность того, что многие каменистые планеты похожи на Землю, и во Вселенной очень много таких 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 Солнечной системы. Они сделали это, проанализировав элементы в камнях из астероидов или фрагментов скалистых планет, которые вращались вокруг 6 белых карликов.

«Мы изучаем геохимию в породах других звезд, что почти неслыханно», - сказал Янг.

«Крайне сложно изучить состав планет вне Солнечной системы», - сказал соавтор Хильке Шлихтинг, доцент UCLA по астрофизике и планетологии. «Мы использовали единственно возможный метод - который применили впервые - для определения геохимии горных пород за пределами Солнечной системы».

Белые карлики - это плотные, выгоревшие остатки обычных звезд. Их сильное гравитационное притяжение приводит к тому, что тяжелые элементы (углерод, кислород и азот) быстро погружаются в их внутреннюю часть, где тяжелые элементы нельзя обнаружить с помощью телескопов. Ближайший белый карлик, который изучал Дойл, находится на расстоянии около 200 световых лет от Земли, а самый дальний на расстоянии 665 световых лет.

«Наблюдая за этими белыми карликами и элементами, присутствующими в их атмосфере, мы наблюдаем за элементами, которые находятся в теле, которое вращается вокруг белого карлика», - сказала Дойл. По ее словам, большое гравитационное притяжение белого карлика измельчает астероид или фрагмент планеты, который вращается вокруг него, и материал падает на звезду. «Наблюдение за белым карликом похоже на вскрытие содержимого того, что он поглотил в своей системе».

Данные, проанализированные Дойл, были собраны с помощью телескопов Обсерватории Кека на Гавайях.

«Если бы я просто посмотрела на белого карлика, я бы ожидала увидеть водород и гелий», - сказала Дойл. «Но в этих данных я также вижу другие материалы, такие как кремний, магний, углерод и кислород - материал, который скапливался в белых карликах от тел, которые вращались вокруг».

Когда железо окисляется, оно делит свои электроны с кислородом, образуя между ними химическую связь. «Это называется окислением, его можно наблюдать, когда металл покрывается ржавчиной», - сказал он. «Кислород крадет электроны из железа, производя оксид железа. Мы измерили количество железа, которое окислилось в породах, которые попали в белого карлика. Мы изучили, насколько металл ржавеет».

По словам Янга, скалы Земли, Марса и других частей нашей Солнечной системы схожи по своему химическому составу и содержат удивительно высокий уровень окисленного железа. Солнце состоит в основном из водорода, который противоположен окислению - водород добавляет электроны.

Исследователи говорят, что окисление каменистой планеты оказывает значительное влияние на ее атмосферу, ядро ??и вид камней, которые она образует на своей поверхности. «Вся химия, которая происходит на поверхности Земли, может быть прослежена до степени окисления планеты», - сказал Янг.

До сих пор ученые не знали в деталях, является ли химия скалистых экзопланет похожей или сильно отличается от химии Земли.

Насколько похожи камни, проанализированные командой UCLA, на камни с Земли и Марса?

«Очень похожи», сказала Дойл. «Они похожи на Землю и Марс в смысле своего окисленного железа. Мы обнаружили, что камни везде одинаковы, с очень похожей геофизикой и геохимией».

«Всегда было загадкой, почему камни в Солнечной системе так окисляются», - сказал Янг. «Это не было ожидаемо. Вопрос был в том, будет ли это верно и для других звезд. Наше исследование говорит, что да. Это будет полезно для поиска планет, подобных Земле, во Вселенной».

Белые карлики - редкая среда для анализа ученых.

Исследователи изучили 6 наиболее распространенных элементов в камне: железо, кислород, кремний, магний, кальций и алюминий. Они использовали математические расчеты и формулы из-за невозможности изучить реальные породы из белых карликов. «Понимание камней имеет решающее значение, потому что они раскрывают геохимию и геофизику планеты», - сказала Дойл.

«Если у внеземных пород такое же количество окисления, как у земных, можно заключить, что планета обладает такой же тектоникой плит и потенциалом магнитных полей, что и Земля, которые являются одними из ключевых компонентов для жизни», - сказал Шлихтинг. «Это исследование - шагом вперед в возможности сделать такие выводы для тел вне нашей Солнечной системы и указывает на неплохую вероятность существования действительно аналогов Земли».

Исследование опубликовано в журнале Science 18 октября.