Известно, что кометы могут выступать переносчиками важных для жизни веществ внутри планетной системы. Сталкиваясь с планетами, кометы разрушается, а их вещество, содержащее воду и органические соединения, смешиваются с веществом планет. В дальнейшем оно может послужить строительными кирпичиками для жизни. В новом исследовании ученые из Кембриджского университета смогли уточнить механизм транспортировки материалов, необходимых для жизни, внутри планетных систем.
Необходимость нежного прикосновения
Ключевой результат исследования заключается в том, что для эффективной доставки органических материалов кометам необходимо двигаться с небольшими скоростями относительно планет. Авторы оценивают верхний предел в 15 километров в секунду. При более высоких скоростях важные молекулы просто разрушатся во время столкновения из-за высокой температуры.
В своей недавно опубликованной работе исследователи пояснили: «Численные эксперименты показали, что для выживания этих молекул необходимы столкновения при относительно низких скоростях.»
Системы по типу «горошин в стручке»
Исследование предполагает, что оптимальные условия для комет, движущихся с нужной скоростью, находятся в планетных системах, устроенных по типу «горошин в стручке», где группа планет обращается вокруг звезды, находясь на близких друг к другу орбитах. В таких плотных системах планеты могут «выбрасывать» пролетающую мимо комету на орбиту соседней планеты, одновременно снижая ее относительную скорость.
Как результат, в случае столкновения многократно увеличивается вероятность того, что органические молекулы и вода кометы останутся неповрежденными. Результаты исследования подсказывают, что системы «горошин в стручке» могут быть весьма многообещающими местами для поиске жизни за пределами нашей Солнечной системы, если падения комет действительно важны для происхождения жизни.
Приоткрывая чертежи
Кометы давно известны как носители различных веществ, необходимых для жизнедеятельности земных организмов. Одним из очевидных строительных кирпичиков являются пребиотические молекулы. Недавние образцы с астероида Рюгу подтвердили наличие в грунте аминокислот и витамина B3. Кроме того, в кометах содержится синильная кислота (HCN), прочная пребиотическая молекула, способная выдерживать высокие температуры и, возможно, выживать при входе в атмосферу.
Ричард Энслоу (Richard Anslow), ведущий автор исследования из Института астрономии Кембриджа, подчеркнул: «Мы все больше узнаем о атмосферах экзопланет, поэтому мы хотели проверить, могут ли существовать планеты, на которые сложные молекулы могли бы доставить кометы.»
Исследователи уточнили, что они не утверждают, будто кометы являются необходимым условием для происхождения жизни на Земле или на любой другой планете. Их целью было просто определить условия, способствующие успешной доставке сложных молекул, таких как HCN, кометами.
Исследование сосредоточено на кометах, которые произошли из пояса Койпера за орбитой Нептуна. Команде удалось изучить, как именно гравитационное воздействие Нептуна и Юпитера искажает орбиты этих планет и в конечном счете направляет их во внутреннюю часть Солнечной системы.
«Мы ставили целью проверить наши теории на планетах, подобных нашей, так как Земля в настоящее время является единственным примером планеты, поддерживающей жизнь», пояснил Энслоу.
Соответствие конкретным обстоятельствам
Используя различные математические модели, исследователи выяснили, что небесные странницы действительно могут транспортировать пребиотический материал, но только при определенных обстоятельствах. Для планет вокруг солнцеподобных звезд, низкая масса экзопланеты и ее близость к другим планетам в системе увеличивают шансы на успешную доставку. «В плотно упакованных системах каждая планета имеет шанс взаимодействовать с кометой и удерживать ее», отметил Энслоу. Однако сценарий становится более сложным для планет, обращающихся вокруг звезд меньшей массы, таких как красные карлики, особенно в неплотных системах, где часто наблюдаются более высокие скорости.
Прототипом плотно упакованной системы можно считать звезду Kepler 186, у которой насчитывается по меньшей мере 5 планет. Все они находятся ближе к своей звезде, чем Меркурий к Солнцу.
Каковы следствия?
«Наши результаты подчеркивают важность понимания основных свойств планеты, массы звезды и окружающей планетарной среды, так как каждый из этих факторов может существенно влиять на минимальную скорость столкновения кометы», написали авторы исследования. Это может быть полезным при определении мест, где искать жизнь за пределами солнечной системы.
«Увлекательно, что мы можем начать выявлять тип систем, которые мы можем использовать для проверки различных сценариев происхождения», сказал Энслоу.
Это исследование было поддержано Королевским обществом и Советом по науке и технологиям (STFC), которые являются частью Британской исследовательской инициативы (UKRI).
Полный текст исследования опубликован в журнале Proceedings of the Royal Society A Mathematical Physical and Engineering Sciences.
