Czy na pozbawionych światła księżycach planet swobodnych mogą panować warunki przychylne życiu?

Księżyce krążące wokół pozbawionych gwiazd tzw. planet swobodnych (rogue planets) mogą pozostawać wystarczająco ciepłe, aby przez miliardy lat utrzymywać wodę w stanie ciekłym – sugerują wyniki nowego badania opublikowanego na łamach „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”. Oznacza to, że w głębokiej przestrzeni kosmicznej mogłyby istnieć długotrwałe środowiska sprzyjające życiu.

Egzoksiężyce egzoplanet

Podkreślmy, że badanie dotyczynaturalnych satelitów egzoplanet, czyli tzw. egzoksiężyców, szczególnie tych krążących wokół planet swobodnie przemieszczających się w przestrzeni międzygwiezdnej. Istnienie takich egzoksiężyców planet międzygwiezdnych nie zostało jeszcze jednoznacznie potwierdzone, jednak rosnąca liczba pośrednich dowodów sugeruje, że pierwsze takie odkrycie może nastąpić w niedalekiej przyszłości.

Planety swobodne lub planety międzygwiezdne powstają w młodych układach planetarnych, gdzie silne oddziaływania grawitacyjne potrafią wyrzucić planetę z jej orbity wokół gwiazdy, wysyłając ją w przestrzeń międzygwiezdną. Badania wskazują jednak, że takie planety mają znaczną szansę zachować swoje księżyce nawet po opuszczeniu układu planetarnego.

Sam proces wyrzucenia planety z układu zmienia orbity jej księżyców, rozciągając je w wydłużone, eliptyczne trajektorie wokół planety. Kiedy księżyc porusza się po takiej wydłużonej orbicie, jego odległość od planety stale się zmienia. Grawitacja planety ściska i rozciąga wnętrze księżyca, powodując powstawanie ciepła. Zjawisko to nazywa się grzaniem pływowym (tidal heating). Powstające w jego wyniku ciepło wewnętrzne może — według nowego badania — być na tyle silne, by zapobiegać zamarzaniu oceanów nawet w zimnej przestrzeni międzygwiezdnej. Podobne zjawiska znamy z Układu Słonecznego, m.in. z księżyców Jowisza Europa i Io oraz z księżyca Saturna Enceladusa.

Kolebka życia nie wymaga Słońca

Korzystając z modeli komputerowych, naukowcy ustalili, że temperatura na księżycu wielkości Ziemi, orbitującym wokół planety swobodnej w typie Jowisza, mogłaby być wystarczająco wysoka, aby utrzymać ciekłą wodę na powierzchni nawet przez 4,3 miliarda lat — czyli niemal tak długo, jak istnieje Ziemia.

– Kolebka życia niekoniecznie wymaga Słońca — powiedział główny autor badania dr David Dahlbüdding z Uniwersytetu Ludwika i Maksymiliana w Monachium oraz z Centrum Badań Astrochemicznych Instytutu Maxa Plancka.

Wcześniej prowadzone badania sugerowały, że na takich księżycach mogłaby istnieć ciekła woda tylko, jeśli posiadałyby one grubą atmosferę zdominowaną przez dwutlenek węgla (CO₂). Ale tu pojawił się problem z kondensacją CO₂ oraz zapadaniem się atmosfery, szczególnie w warunkach wysokiego ciśnienia, które sprzyjałyby długo utrzymującym się warunkom sprzyjającym podtrzymaniu życia.

4,3 miliony lat z ciekłą wodą

Aby rozwiązać ten problem, badacze wykorzystali samospójny model atmosfery, który uwzględnia zarówno transfer promieniowania, jak i chemię równowagową z procesami kondensacji. Dzięki temu mogli zasymulować bardziej stabilną atmosferę zdominowaną przez wodór dla różnych początkowych składów chemicznych, obejmujących m.in. węgiel, tlen i azot.

– Nasze wyniki wskazują, że takie atmosfery mogą skutecznie zatrzymywać ciepło dzięki absorpcji wywołanej zderzeniami cząsteczek wodoru (H₂). Pozwala to utrzymać temperaturę powierzchni sprzyjającą istnieniu ciekłej wody przez okres nawet do 4,3 miliarda lat, w zależności od ciśnienia powierzchniowego, przy jednoczesnym uniknięciu zapadania się atmosfery spowodowanego kondensacją.

Dodatkowo cykle nawilżania i wysychania wywołane silnymi pływami, w połączeniu z zasadowością rozpuszczonego amoniaku (NH₃), mogą tworzyć warunki sprzyjające polimeryzacji RNA, a tym samym wspierać powstanie życia.

Autorzy podkreślają, że odkrycie to może znacząco poszerzyć zakres środowisk, w których może powstawać życie, sugerując, że życie mogłoby pojawiać się i przetrwać nawet w najciemniejszych rejonach Galaktyki, daleko od jakiejkolwiek gwiazdy.

Źródło: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.