Флорида Тек, Калдон Уайт на протяжении двух лет занимается исследованием вселенной в стремлении получить степень доктора философии в области космических наук. После завершения бакалавриата в области астробиологии в 2023 году его увлекли белые карлики — остывающие остатки звезд низкой массы, таких как наше Солнце, которые исчерпали свои запасы ядерного топлива, и возможность существования жизни на их орбитах.
На протяжении долгого времени исследователи считали, что динамическое снижение температуры белых карликов делает их атмосферы слишком нестабильными для поддержания жизни. Однако с началом работы телескопа Джеймса Уэбба, который начал фиксировать белые карлики с экзопланетами на их орбитах, эти звезды на поздних стадиях своего развития привлекают внимание ученых, ищущих признаки жизни.
При поддержке своих научных руководителей Манасви Лингама и Луиса Генри Куирога-Нуньеса, Уайт разработал модель, оценивающую, могут ли два процесса — фотосинтез и абиогенез, вызванный ультрафиолетом (УФ) — получать достаточное количество энергии в обитаемой зоне белого карлика для своего существования.
Его модель показала, что белые карлики способны одновременно поддерживать оба процесса. Это открытие, потенциально указывающее на схожесть с Землей, может изменить направление поиска жизни во вселенной.
Результаты Уайта были опубликованы в его статье "Потенциал существования жизни и ее обнаружения на планетах, похожих на Землю, вращающихся вокруг белых карликов", размещенной в журнале "Письма по астрофизике". Соавторами стали Лингам и Куирога-Нуньес, а также Паола Пинилья из Лаборатории космических наук Мулларда при Университетском колледже Лондона.
Ученые ранее установили границы обитаемых зон, представляющих собой области вокруг звезды, где вращающаяся планета может получать достаточное количество энергии для поддержания жидкой воды на своей поверхности — необходимого условия для жизни.
Известно, что фотосинтез существует на Земле, и ученые обнаружили УФ-абиогенез — концепцию, согласно которой УФ-излучение может способствовать возникновению жизни из неживого вещества — вероятной теорией происхождения жизни на нашей планете.
"Обитаемая зона", как ее описывает НАСА, создает условия, которые не слишком горячие и не слишком холодные для жизни — они, как заметила сказка, "просто в самый раз".
Земля, например, вращается вокруг Солнца на расстоянии, которое позволяет поддерживать жидкую воду. Если бы Земля находилась слишком далеко, вода замерзла бы; если бы она была слишком близко, вода бы испарилась. Обитаемые зоны расширяются, когда звезды излучают больше энергии, и сужаются, когда этот источник энергии уменьшается.
Белые карлики уникальны тем, что их температура нестабильна, объяснил Уайт. Поскольку звезды на поздних стадиях больше не имеют источника топлива, они проводят остаток своего существования, остывая. Их энергопроизводительность нестабильна, и обитаемые зоны постоянно сужаются.
Уайт стремился проверить жизнеспособность, исследуя, может ли энергия звезды поддерживать фотосинтез или УФ-абиогенез на протяжении примерно 7 миллиардов лет, которые, как предполагают ученые, являются максимальным сроком обитаемости планеты, похожей на Землю, в этой зоне.
Для этого он разработал модель, которая симулировала планету, аналогичную Земле, вращающуюся вокруг белого карлика. Он моделировал орбитальную планету, отслеживая деградацию обитаемой зоны и фиксируя, сколько энергии она получала от остывающей звезды с течением времени.
Уайт обнаружил, что на протяжении этого 7-миллиардного периода обитаемости смоделированная планета получала достаточно энергии для поддержания обоих процессов — редкое совпадение, как он отметил.
"Это не совсем распространено вокруг большинства звезд," — сказал Уайт. "Звезда, подобная нашему Солнцу, конечно, может обеспечить достаточное количество энергии, но коричневые карлики и красные карлики меньшего размера, чем Солнце, действительно не предоставляют энергии как в диапазоне УФ, так и в диапазоне фотосинтеза."
Находки Уайта могут помочь ученым принимать обоснованные решения о будущем космического исследования. Например, когда астрономы начнут искать звездные системы, способные поддерживать фотосинтез, теперь они знают, что белые карлики создают потенциально жизнеспособную среду для некоторых планет благодаря исследованиям Уайта.
"Мы даем им уверенность в том, что эти звездные системы стоят того, чтобы в них инвестировать время и ресурсы," — отметил он.
Эта статья является лишь первой фазой докторского исследования Уайта и служит прочной основой для дальнейших исследований. В следующую очередь он планирует наблюдать за существующими белыми карликами с помощью телескопа Джеймса Уэбба; он уже ищет их вблизи нашего Солнца.
Если Уайт сможет найти белый карлик, соответствующий модели из его статьи, он будет искать планету на его орбите. Он использует наблюдательные данные, собранные в процессе, чтобы скорректировать свою модель и выявить перспективные звездные системы.
Хотя он не уверен в том, что сможет выявить планету, его стремление внести вклад в поиск жизни остается непоколебимым.
"Даже если нам не удастся обнаружить что-то утвердительное, важно собирать надежные данные, будь то возможность заявить: 'возможно, это не самые подходящие цели для поиска', или же найти какие-то намеки или подсказки," — отметил Уайт. "Любые результаты будут иметь значение."
