Экзопланету K2-18b астрономы впервые обнаружили в 2015 году. Она вращается вокруг красного карлика K2-18 и находится на расстоянии 124 световых года от Земли. Ее диаметр в 2,61 раза больше Земли, а по массе она превосходит нашу планету в 8,63 раза. Плотность K2-18b оценивается в 2,67 тонны на кубометр, примерно вдвое ниже земной и на 70 процентов больше, чем у Нептуна. Такие тела часто называют субнептунами.
Самое интересное, что орбита K2-18b проходит в зоне обитаемости — области, где температура позволяет на поверхности космического тела существовать воде в жидком состоянии.
В 2019 году авторы двух независимых научных исследований, объединив данные космических телескопов «Кеплер», «Спитцер» и «Хаббл», пришли к выводу, что в атмосфере K2-18 b находится значительное количество водяного пара. У экзопланеты в зоне обитаемости это было обнаружено впервые.
Позже появились предположения, что K2-18b может быть «гикеаном» (hycean planet) — термин, объединяющий слова «водород» и «океан». Такие планеты имеют водородную атмосферу и покрыты океаном, что делает их потенциально пригодными для жизни.
Астрономы впервые увидели полярное сияние на Нептуне
В 2023 году международная команда астрономов под руководством Никку Мадхусудхана (Nikku Madhusudhan) из Кембриджского университета использовала космический телескоп «Джеймс Уэбб», чтобы проанализировать атмосферу K2-18b в ближнем инфракрасном диапазоне. Ученые снова нашли водяной пар, а еще — углекислый газ и метан. Но главное — зафиксировали слабый след диметилсульфида (C2H6S). Это соединение серы, которое придает своеобразный бодрящий запах морскому воздух. На Земле источник диметилсульфида только живые организмы — водоросли и фитопланктон, которые выделяют его как отходы жизнедеятельности.
Тогда некоторые исследователи раскритиковали открытие команды Мадхусудхана, заявив: полосы поглощения излучения у диметилсульфида слишком слабые, чтобы делать однозначный вывод. Кроме того, они частично пересекались с полосами поглощения излучения у метана, а это значит, что говорить о присутствии диметилсульфида в атмосфере K2-18b нельзя.
В самой далекой галактике нашли кислород
Спустя год та жа команда астрономов получила новые данные об атмосфере K2-18b. На этот раз ученые использовали прибор «Джеймс Уэбба» для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения MIRI, который подтвердил присутствие диметилсульфида. Полосы поглощения излучения оказались довольно сильными, чтобы прийти к этому выводу.
Более того, ученые зафиксировали диметилдисульфид (C2H6S2) — «родственное» серосодержащее соединение, источник которого на Земле также живые организмы. Его выделяют почвенные грибы и микробные сообщества, включая Microbacterium и Arthrobacter. Концентрация диметилдисульфида в атмосфере K2-18b оказалась в тысячи раз выше, чем на нашей планете. Если сигналы подтвердятся, это может указывать на невероятно активную биосферу. Но даже в таком случае биологическое происхождение молекул придется доказывать отдельно.
Когда астрономы ищут молекулы в атмосфере далекой экзопланеты, они анализируют свет звезды, прошедший через атмосферу. Каждая молекула оставляет уникальный «отпечаток» в спектре света — как штрих-код. Но из-за огромных расстояний сигнал очень слабый, а данные полны помех. Поэтому при статистическом анализе исследователи учитывают стандартные отклонения, обозначающиеся сигмой (σ), чтобы исключить ошибку. Чем выше уровень сигмы в научном анализе, тем больше уверенность, что обнаруженный сигнал не случайность, а реальное явление.
Гигантская звезда изменилась до неузнаваемости всего за несколько лет
Мадхусудхан и его коллеги оценили статистическую значимость сигнала в три сигма. Это означает, что вероятность ошибки (шанс, что результат — случайность) составляет 3 к 1000. Однако в физике и астрономии порог подтверждения открытия — пять сигма, что снижает вероятность ошибки до 1 к 3.5 миллиона. Чтобы достичь этого уровня, команде Мадхусудхана потребуется минимум 16–24 часа дополнительных наблюдений. Но даже это не гарантирует успех: атмосфера K2-18b настолько тонка, что ее сравнивают с яблочной кожурой на поверхности плода: получить точные данные — почти как попытаться определить вкус яблока, глядя на кожуру с другого конца галактики.
Тем не менее, другие ученые призывают относиться к заявлениям команды Мадхусудхана с осторожностью. Проблема в том, что наука пока не знает небиологических механизмов синтеза диметилсульфида и диметилдисульфид в водородной атмосфере, возможно, на K2-18b существуют условия, при котором такой сценарий может быть вполне вероятным. K2-18b все еще нельзя однозначно назвать обитаемой. Планета в восемь раз массивнее Земли, а ее гравитация может создавать экстремальные условия. Кроме того, неясно, есть ли на поверхности жидкая вода.
Далекая экзопланета может оказаться самым активным вулканическим миром из когда-либо обнаруженных
Экзопланета может быть каменистым миром с магматическим океаном и раскаленной атмосферой, где жизнь невозможна. Некоторые расчеты показывают, что высокая концентрация диметилсульфида может возникать в результате вулканической активности.
Еще одна проблема — нехватка данных о поведении органических молекул в условиях «гикеанов». Лабораторные эксперименты, имитирующие атмосферы субнептунов, только начинаются.
«Мы словно пытаемся прочитать книгу на неизвестном языке. Пока у нас есть лишь несколько страниц», — объяснил американский астроном Мэтью Никсон из университета Мэриленда в Балтиморе, один из авторов исследования.
Чтобы убедиться в правоте команды Мадхусудхана, потребуются годы работы: необходимо исключить все альтернативные варианты.
Несмотря на споры, открытие вдохновило научное сообщество. В 2040-х годах NASA планирует запуск нового космического телескопа Habitable Worlds Observatory, который сможет детально изучить K2-18b и другие похожие миры. Правда, угроза сокращения бюджета астрономических программ США ставит этот проект под вопрос.
Научная работа опубликована в The Astrophysical Journal Letters.