В новом исследовании, которое готовится к публикации в Astrophysical Journal, американские астрономы Джаррет Джонсон и Хуэй Ли из Лос-Аламосской национальной лаборатории попытались сформулировать минимальное значение ключевого условия образования планет из протопланетных дисков. 

По современным представлениям, главным критерием возможности планетообразования является металличность, под которой подразумевается содержание элементов от углерода и выше в составе звезды и её протопланетного диска.

На графике показан критически минимальный уровень металличности, ниже которого формирование планет земного типа невозможно. (Изображение Johnson & Li.)

Считается, что при недостаточной металличности гелий и водород в протопланетных дисках могут подвергнуться слишком быстрому испарению, и планетозимали просто не успеют образоваться, а значит, невозможны и планеты вокруг звёзд с низкой металличностью. Тяжёлые элементы в протопланетных дисках, напротив, защищают лёгкие от слишком быстрого испарения и повышают вероятность формирования планет.

Однако количественные критерии того, что есть «низкая металличность», до сих пор оставались смутными. Джонсон и Ли полагают, что пороговым значением для «планеты, столь же массивной и плотной, как Земля» будет металличность протопланетного диска и его звезды «по крайней мере в 10% от той, которой обладает наше Солнце».

Это, конечно, хорошо, ибо даже самые старые звёзды имеют значение металличности от −2 до −1, то есть содержание металлов в них составляет 1–10% от этого показателя у Солнца, а значит, даже часть старейших и наиболее бедных металлами звёзд могли сформировать планеты типа Земли. Ну а большинство звёзд нашей Галактики обладают металличностью от −0,3 до +0,2, то есть более чем достаточную для образования планет земного типа.

Так в представлении художника НАСА выглядит процесс формирования планет из протопланетного диска. (Изображение NASA / JPL-Caltech / T.Pyle.)

Но исследование Джонсона и Ли показывает, что одной металличности для формирования такого рода планеты в зоне обитаемости мало. Самые первые планеты, по их расчётам, могли появиться только у звёздного населения поколения II, но их удаление от звезды должно было быть весьма малым: от 0,03 а. е. (что в десяток раз ближе, чем Меркурий от Солнца). На таких планетах земного типа жизни, как мы сейчас её представляем, быть не могло: слишком жарко, куда жарче, чем на том же Меркурии.

«Интересно, что наши результаты показывают, что первые землеподобные планеты могли сформироваться в обитаемых зонах звёзд несколько массивнее Солнца», — отмечает Джаррет Джонсон и добавляет, что срок жизни такой звезды невелик, не более 4 млрд лет, поэтому возможно, что любая жизнь на них уже исчезла с угасанием родного светила. Более чем смелое предположение, с учётом того, как мало мы знаем о возможностях цивилизаций, имевших миллиард лет для развития.

По словам астрономов, развитию жизни на заре Вселенной даже при условии формирования землеподобных планет в обитаемой зоне могли помешать частые взрывы сверхновых и мощное рентгеновское излучение от аккреционных дисков чёрных дыр. И тем не менее, исходя из установленных критериев по металличности, у наиболее распространённого сегодня звёздного населения популяции I, к которой принадлежит и Солнце, шансы на образование землеподобных планет в зоне обитаемости кажутся чрезвычайно высокими.