研究银河系最小恒星周围的生命潜力

当今年世界上最强大的望远镜发射到太空时，科学家们将了解我们“太阳附近”中地球大小的行星是否具有生命存在的关键先决条件——大气。

这些行星围绕一颗 M 矮星运行，M 矮星是银河系中最小和最常见的恒星类型。科学家们目前不知道在这类恒星周围的类地行星具有使它们适合居住的特征的情况有多普遍。

加州大学河滨分校地球与行星科学系的博士生 Daria Pidhorodetska 说：“作为一个起点，重要的是要知道围绕 M 矮星运行的小型岩石行星是否有大气层。” “如果是这样，它将开启我们寻找太阳系外生命的大门。”

为了帮助填补这一理解空白，Pidhorodetska 和她的团队研究了即将发射的詹姆斯韦伯太空望远镜或目前在轨的哈勃太空望远镜是否能够探测这些行星上的大气层。他们还模拟了可能发现的大气类型(如果存在)以及如何区分它们。该研究现已发表在《天文学杂志》上。

研究合著者包括来自加州大学洛杉矶分校的天体生物学家 Edward Schwieterman 和 Stephen Kane，以及来自约翰霍普金斯大学、宇航局戈达德太空飞行中心、康奈尔大学和芝加哥大学的科学家。

研究中心的恒星是一颗名为 L 98-59 的 M 矮星，它的质量仅占太阳质量的 8%。虽然很小，但它距离地球只有 35 光年。它的亮度和相对接近度使其成为观察的理想目标。

在它们形成后不久，M 矮星会经历一个阶段，在这个阶段它们可以发出比正常情况亮两个数量级的光。这一阶段的强紫外线辐射有可能使它们在轨道上运行的行星变干，蒸发掉地表的所有水分，并破坏大气中的许多气体。

“我们想知道这两颗岩石行星的消融是否已经完成，或者这些陆地世界是否能够补充它们的大气层，”Pidhorodetska 说。

研究人员模拟了四种不同的大气情景：一种是 L 98-59 行星以水为主，一种是大气主要由氢组成，类似金星的二氧化碳大气，一种是大气中的氢逃到太空，只留下氧气和臭氧。

他们发现这两个望远镜可以使用凌日观测提供补充信息，该观测测量行星从其恒星前方经过时发生的光倾角。L 98-59 行星离它们的恒星比地球离太阳更近。它们在不到一周的时间内完成轨道运行，通过望远镜进行凌日观测比观测行星距离恒星更远的其他系统更快、更具成本效益。

施维特曼说：“哈勃只需要几次凌日就可以检测或排除以氢或蒸汽为主的没有云的大气层。” “只需 20 次过境，Webb 就可以让我们表征重二氧化碳或以氧气为主的大气中的气体。”

在研究人员考虑的四种大气情景中，Pidhorodetska 说最有可能是干涸的氧气为主的大气。

她说：“这些行星在距离恒星如此距离处获得的辐射量非常大。”

尽管它们可能没有适合今天生命存在的大气层，但这些行星可以提供重要的一瞥，了解在不同条件下地球可能发生的事情，以及银河系其他地方的类地世界可能发生的事情。

L 98-59 系统是在 2019 年才被发现的，Pidhorodetska 说她很高兴能在今年晚些时候推出 Webb 时获得更多有关它的信息。

“我们即将揭开一个直到最近才被隐藏的恒星系统的秘密，”Pidhorodetska 说。

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