Холодний карлик і його мешканці

Коричневі карлики займають проміжне положення між найменшими зірками і найбільшими планетами. Вчені допускають, що в їхніх холодних атмосферах може існувати життя, і у нас навіть є шанси його знайти — десь на кордоні між суворою наукою і повною фантастикою.

Наша блакитна, зелена планета підходить для нас чудово, але життя може не потребувати ні лісів і океанів, ні кисню, ні навіть твердої поверхні. У кубометрі повітря на висоті 10 км містяться тисячі бактеріальних клітин, і багато з них не просто виживають, а й метаболізують. Ще наприкінці 1960-х астрофізик і популяризатор астрономії Карл Саган описав повітряних істот, які теоретично могли б мешкати в порівняно спокійних верхніх шарах щільної і гарячої атмосфери Венери, а пізніше — і можливе життя на газовому гіганті на кшталт Юпітера. Вчений позначив головні контури юпітеріанських екосистем, починаючи з фотосинтезуючих організмів і закінчуючи хижаками і навіть «екстремофілами», що населяють найбільш несприятливі ніші.

Астроном Джек Йейтс і його колеги з Единбурзького університету пішли набагато далі, спираючись на знання, які за часів Сагана були недоступні. Коричневі карлики, субзоряні тіла, які не набрали потрібну масу і склад, що підходить для підтримки стабільної термоядерної реакції, тоді були відомі лише в теорії. Перший такий об’єкт відкрили тільки в 1995 році, а сьогодні їх відомі сотні, що розпадаються на кілька спектральних класів. Клас Y — ультрахолодні коричневі карлики з температурою навіть нижчою, ніж на Венері і Юпітері, — навчилися спостерігати тільки з 2011 року. А в 2013-му в семи світлових роках від Землі був виявлений один з найхолодніших представників цієї групи, WISE 0855-0714. За оцінкою астрономів, він всього в 3-10 разів важчий за Юпітера, а температура в його атмосфері коливається близько ‑ 23 ° C.

Атмосфери коричневих карликів складаються в основному з водню і гелію, проте в них реєструють і чимало інших речовин, що містять кисень, азот, вуглець і, можливо, фосфор — все, що потрібно для синтезу води, аміаку, вуглекислого газу та інших речовин, здатних служити основою для більш складних органічних сполук. Товщину підходящої «зони населеності» в атмосфері WISE 0855-0714 Йейтс і його співавтори оцінили приблизно в 100 км, де температура зберігається в межах від − 73 до − 23 ° C, а щільність — між 0,4 і 1,2 м^г/см3.

Для моделювання місцевих жителів вчені застосували спрощену схему, яку Карл Саган колись використовував для своїх «юпітеріан». Вони розглядалися як сферичні організми певного радіусу і маси, що підтримують зовнішню оболонку і тиск, приблизно рівний зовнішньому. Вони рухаються і отримують їжу, вільно переносячись конвективними потоками в атмосфері коричневого карлика, займаючи різні рівні залежно від своїх розмірів. Поставивши умови, що відповідають потрібним діапазонам тиску, температури і конвекції, Йейтс і його колеги показали, що популяція цих організмів досить швидко стабілізується, а найбільш процвітаючими будуть «клітини» з оболонкою розмірами між 0,01 і 0,001 см, приблизно вдесятеро більшими за клітини жителів Землі.

Ключовим фактором, який визначає вигляд цього життя, виявилися висхідні конвективні потоки. Від швидкості, з якої вони піднімаються, підтримуючи положення повільно осідаючих вниз організмів, від того, як вони доставляють речовини і енергію, залежали і розміри, і маса, і чисельність сферичних «організмів» в комп’ютерній моделі Йейтса. Поки що рух атмосфер коричневих карликів вивчено недостатньо добре, але передбачається, що конвекція проходить у них досить інтенсивно, а значить, здатна забезпечити існування досить великих істот.

За сучасними підрахунками, тільки в Чумацькому Шляху може налічуватися близько мільярда коричневих карликів, і якщо не на WISE 0855-0714, то в атмосфері якогось іншого з них цілком можуть парити численні, але дрібні «карликовіани». Щонайменше кілька десятків таких об’єктів повинні перебувати не надто далеко від Землі. Вони будуть доступні для детальних спостережень за допомогою телескопа James Webb, який готується до запуску на орбіту в 2018 році і зможе розглянути їх у відповідному інфрачервоному діапазоні. Можливо, вченим вдасться зрозуміти, які саме речовини у спектрі можуть вказати на відповідну форму біологічної активності, — а ще через кілька років James Webb знайде першого «живого» карлика, витончено завершивши історію, розпочату ще Саганом.

Володимир Сурдін, старший науковий співробітник ДАІШ ім. Шáберга МДУ:

«За загальноприйнятими критеріями, WISE J0855-0714 належить до планет-гігантів, а не до коричневих карликів. Автори статті повторюють стару ідею Карла Сагана про те, що на планетах, у яких немає твердої поверхні (Юпітер) або на поверхні панують нестерпні для життя умови (Венера), життя може розвиватися у верхніх шарах атмосфери. Зроблений ними акуратний розрахунок підтримує ідею Сагана, але не додає до неї нічого нового і не вирішує її головної проблеми. Справа в тому, що одиночна планета-гігант (втім, як і одиночний коричневий карлик) швидко еволюціонує. Умови в атмосфері змінюються, що погано позначиться на розвитку життя. Тільки планета в «зоні населеності» у зірки головної послідовності, як Сонце, може розраховувати на тривалий період стабільної еволюції «.