Вчені нарешті з’ясували, коли з’явилися перші континенти у Всесвіті

На Землі континенти, ймовірно, необхідні для підтримки життя. Континенти “плавають” над в’язкою мантією Землі, а тепло з ядра планети не дає мантії застигнути і зафіксувати континенти на місці.

Ядро гаряче через наявність радіоактивних елементів, які утворилися внаслідок зіткнення нейтронних зірок. Це дасть змогу вирахувати, коли у Всесвіті утворилися перші континенти.

Саме це і зробив один дослідник.

Джейн Грівз – професор астрономії в Школі фізики та астрономії Кардіффського університету в Уельсі. Її робота зосереджена на формуванні планет та їхній придатності для життя.

Її нове дослідження опубліковане в Наукових записках Американського астрономічного товариства. Його назва – просте запитання: “Коли з’явилися перші екзоконтиненти?”

Робота Грівз спрямована на те, щоб зробити пошук придатних для життя світів більш ефективним. Якщо континенти і тектоніка плит, яка їх утворює, є критично важливими для життя, то звуження ймовірних місць розташування кам’янистих планет може зробити пошук придатних для життя світів більш ефективним.

Перш за все, чому континенти і тектоніка плит важливі?

Тектоніка плит може бути не зовсім необхідною для життя. Але вони відіграють важливу роль, регулюючи температуру Землі. Вони дозволяють теплу виходити з ядра, а надлишок тепла в ядрі пригнічував би захисну магнітосферу Землі.

Вони також допомагають утримувати Землю в так званій “золотій зоні”. Однак деякі дослідження показують, що тектоніка плит не була дуже активною мільярди років тому, коли вперше з’явилося життя. Тож, можливо, вона не була необхідна для зародження життя, але для того, щоб життя збереглося і розвинулося в більш складні істоти, такі як людина, вона, швидше за все, була необхідна.

Тому пошук життя і придатних для життя планет повинен бути спрямований на скелясті планети з тектонікою плит. Що ми дійсно хочемо знайти, так це планети з континентами. Планети з континентами можуть підтримувати більше біомаси протягом довших періодів часу, ніж планети без них, а тектоніка плит створює континенти.

Рівз знайшов спосіб відстежити, які планети можуть мати континенти, простеживши, які планети можуть мати тектоніку плит.

Багато в чому це пов’язано з теплом. Якщо ядро кам’янистої планети виробляє достатньо тепла, то, ймовірно, існує активна тектоніка плит, і ми знаємо, чому ядро Землі виробляє тепло.

Ядро містить радіоактивні ізотопи 238Uranium, 232Torium і 40Potassium. Протягом геологічного часу ці елементи розпадаються на інші елементи і виробляють тепло.

Ці елементи не з’являються випадково. Вони утворюються в нейтронних зірках та під час вибухів наднових.

У всьому цьому є величезна кількість деталей, і одне дослідження не може охопити все це. Робота Грівза – це спроба поглянути на це ширше.

“Тут я представляю дослідницький метод для гіпотетичних землеподібних планет зірок, чия фотосфера дозволяє зробити певні висновки про радіогенне нагрівання планет”, – пише вона.

У цьому відіграє роль зв’язок між зірками і планетами, які формуються навколо них. Планети формуються з сонячної туманності, з того ж матеріалу, з якого формується зірка. Таким чином, велика кількість різних хімічних елементів у зірці відображається на планетах, які формуються навколо неї.

Грівз взяв дані з попередніх досліджень про зоряний вміст різних елементів, а потім поєднав їх з віком зірок з Гайї.

Для точності вона розглянула дві окремі популяції зірок: зорі з тонкими дисками і зорі з товстими дисками. Зорі з тонкими дисками, як правило, молодші і мають вищу металічність, тоді як зорі з товстими дисками старіші і бідніші на метал.

На малюнку художника Чумацького Шляху видно товстий і тонкий диски. Зорі з тонким диском молодші і мають вищу металічність, ніж старі, бідні на метал зорі з товстого диска. (NASA/JPL Caltech/R.Hurt/SSC)

Її результати показують, що поява континентів на Землі представляє середнє значення.

Тектоніка земних плит почалася близько 3 мільярдів років тому, або близько 9,5 мільярдів років від початку Всесвіту. У вибірці Грівз перші континенти з’явилися за 2 мільярди років до Землі на зорях з тонкими дисками. Зорі з товстими дисками в її роботі створили кам’янисті планети з континентами, які з’явилися ще раніше: приблизно за 4-5 мільярдів років до Землі.

Вона також виявила, що на більшості планет континенти формуватимуться повільніше, ніж на Землі. Для формування континентів планетам потрібна достатня кількість тепла, а надлишок тепла є несприятливим фактором.

Грівз також виявила кореляцію між континентами і співвідношенням Fe/H у зірках.

“Існує загальна тенденція щодо вмісту зоряного заліза: континенти з’являються раніше при нижчому вмісті [Fe/H]”, – пише вона.

Грівз пише, що зірки з меншою металічністю, ніж наше Сонце, можуть бути гарним місцем для пошуку придатних для життя екзопланет з континентами.

“Особливо цікавими видаються системи з досонячною металічністю”, – пише вона.

У її вибірці всі ці планети сформували континенти швидше, ніж Земля, тому розвинене життя там більш ймовірне. Можливо, навіть більш розвинене, ніж у нас.

Зорі з товстими дисками також інтригують, оскільки в них, очевидно, швидко розвинулися континенти.

“Приклади систем з товстими дисками йдуть особливо далеко вперед і заслуговують на подальші дослідження”, – пише вона, додаючи, що з усіх відомих нам зірок, які мають екзопланети, лише 7 відсотків є зорями з товстими дисками.

До запуску майбутньої обсерваторії “Життєздатні світи” ще багато років, і у наукової спільноти є час розібратися з критеріями пошуку і з тим, що є найкращими об’єктами.

“Обсерваторія “Життєздатні світи” має лише 46 зірок FGK у своєму списку цілей вищого рівня”, – пише вона. Але 15 з них є в її результатах. Якщо її робота правильна, “…лише в цій вибірці можуть існувати дві системи з більш розвиненими біосферами, ніж у нас на Землі”.

Грівз робить висновок, що перспективи пошуку придатних для життя планет з довгоживучими континентами хороші.

“Перспективи пошуку кам’янистих екзопланет з континентами видаються дуже багатообіцяючими, враховуючи, що сусідні зірки, подібні до Сонця, вже створили кілька кандидатів на планети-носії”, – пише вона.

Наступним кроком є дослідження зоряного вмісту ізотопів торію і калію, які спричиняють радіогенне нагрівання. Це “…може допомогти виявити більше старих систем, де життя на суші могло виникнути раніше, ніж на Землі”.

Деякі елементи є геофізично важливими, особливо ті, що спричиняють радіогенне нагрівання, такі як U, Th і K. Якщо додати до них залізо, то ця група елементів має вирішальне значення для розміру ядра планети, її гравітації та внутрішньої температури. Внутрішня температура планети має вирішальне значення не лише тому, що вона керує магнітосферою, яка підтримує життя, але й тому, що вона допомагає створювати умови для тектоніки плит і континентів.

Попередні дослідження показують більшу ймовірність існування землеподібних планет з континентами на більш ранніх етапах галактичної історії і зменшення їхньої кількості в процесі еволюції галактики. Але нам ще багато чого треба дізнатися про екзопланети, придатність до життя, радіогенне нагрівання, континенти і тектоніку плит та сотні інших речей.

Ми не можемо сказати напевно, де ми знайдемо життя або в якому геофізичному середовищі. Все, що ми можемо зробити – це спостерігати за Землею, продовжувати будувати потужніші телескопи і бути терплячими.

Цю статтю спочатку опублікував Universe Today. Читайте оригінал статті.