Księżyce swobodnych planet. To najciekawsze obiekty w kosmosie
Naukowcy z węgierskiego ośrodka HUN-REN sugerują, że księżyce planet pozbawionych gwiazdy mogą przez miliardy lat utrzymywać energię niezbędną do powstania życia. Ich eliptyczne orbity wokół planet macierzystych mogą być tutaj kluczowe.
Księżyc planety swobodnej
W swojej najnowszej pracy naukowej, badacze Viktória Fröhlich i Zsolt Regály postanowili przeanalizowość zdolność do zainicjowania oraz podtrzymania życia na swojej powierzchni przez księżyce tzw. planet swobodnych, czyli planet wyrzuconych np. w eksplozji supernowej typu II ze swojego macierzystego układu planetarnego i dryfujących odtąd w przestrzeni międzygwiezdnej. Wyniki przeprowadzonych przez nich symulacji wskazują, że takie księżyce są w stanie pozostać na eliptycznych orbitach wokół swoich planet, tym samym zyskując nowe, stabilne źródło energii, jakim jest ogrzewanie pływowe.
Badacze podkreślają w swojej pracy istotną cechę takich obiektów. O ile zwykle w przypadku egzoplanet mówimy o tym, czy takie planety sprzyjają powstaniu życia, tj. posiadają warunki pozwalające na istnienie wody w stanie ciekłym na swojej powierzchni, o tyle w przypadku księżyców planet swobodnych rozpatrywano tutaj minimalne wymagania fizyczne, chemiczne i energetyczne, by życie w ogóle mogło powstać. W tym ujęciu kluczowe są procesy geofizyczne, w tym ciepło pływowe, znane z Europy czy Enceladusa.
W ramach swojego projektu badacze przeprowadzili serię symulacji: od układów z orbitami kołowymi, przez rosnącą eliptyczność orbit księżyców wokół planet, po układy dwóch księżyców w rezonansie. Równolegle zmieniano parametry wybuchu supernowej, która miałaby wyrzucić planetę z jej księżycem w przestrzeń międzygwiezdną. W każdym wariancie oceniano stabilność orbit i zmiany eliptyczności orbit po „wyrzuceniu” planety.
Wyniki zaskakuąe: planety wyrzucone z własnego układu planetarnego przez eksplozję gwiazdy macierzystej na ogół zachowują swoje księżyce. Orbity księżyców jednak ulegają silnemu wydłużeniu. Przy pierwotnie kołowych orbitach eliptyczność orbity księżyca rosła do ok. 0,33; w przypadku księżyców pierwotnie poruszających się na orbitach eliptycznych - rosła do ok. 0,88; w układach rezonansowych - do ok. 0,27. Skala tej zmiany zależała wyłącznie od intensywności eksplozji.
To kluczowe dla ogrzewania pływowego. Gdy księżyce krążą dalej niż 0,01 AU i mają ekscentryczność powyżej 0,1, powstaje w ich wnętrzach efektywne źródło ogrzewania. Między 12 a 15 proc. takich obiektów osiąga poziom porównywalny z Europą i Enceladusem. Co więcej, tłumienie tej eliptyczności, trwa dłużej niż wiek Układu Słonecznego, co oznacza miliardy lat ciągłego zasilania energią z wnętrza księżyca.
Autorzy szacują, że w Drodze Mlecznej mogą istnieć biliony takich księżyców, a scenariusz nie ogranicza się do supernowych – podobne układy mogą powstać wskutek wczesnych niestabilności dynamicznych lub przelotów gwiazd. Choć odkrycie takich księżyców planet swobodnych będzie niezwykle trudne, to jednak tranzyty i mikrosoczewkowanie grawitacyjne mogą być wykrywalne za pomocą np. Kosmicznego Teleskopu Nancy Grace Roman, czy też Obserwatorium Very C. Rubin.
Wychodzi zatem na to, że takie księżyce, po wyrzuceniu w przestrzeń międzygwiezdną wraz z planetą macierzystą, mogą pozostawać przyjazne dla życia przez długie miliardy lat, nawet jeżeli jedynym źródłem energii jest na nich wyłącznie ogrzewanie pływowe.
