Jei aplink laisvai skraidančias egzoplanetas skriejantys mėnuliai turi storą, vandeniliu turtingą atmosferą, jie galėtų išlaikyti didelę dalį šilumos, kurią jų viduje sukuria potvynių ir atoslūgių jėgos. 
Naujame tyrime, kuriam vadovavo David Dahlbüdding iš Max Planck Nežemiškos fizikos instituto ir Giulia Roccetti iš Europos kosmoso agentūros, prognozuojama, kad vandenilis gali veikti kaip stiprios šiltnamio efektą sukeliančios dujos, potencialiai sudarančios tinkamas gyventi sąlygas milijardus metų po to, kai jų planetos pirmą kartą bus išmestos iš savo žvaigždžių sistemų. Darbas buvo paskelbtas Karališkosios astronomijos draugijos mėnesiniuose pranešimuose.
Šilumą sugeriantis vandenilis
Astronomai atrado šimtus egzoplanetų, dreifuojančių tarpžvaigždinėje erdvėje. Dauguma jų greičiausiai buvo išstumtos iš savo motininių sistemų dėl tolimoje praeityje įvykusių smarkių gravitacinių susidūrimų. Po išmetimo šie nežemiški pasauliai greičiausiai būtų tapę itin šalti ir tamsūs, bet kai kurių astronomų teigimu, jų mėnulių likimas galėjo būti įdomesnis.
Išmetimo chaoso metu mėnulio orbita gali labai pailgėti, todėl ją nuolat tempia ir spaudžia planetos gravitacija. Panašiai kaip ir mūsų Saulės sistemoje Europa bei Enceladas, šios potvynių jėgos gali generuoti didžiulį vidinės šilumos kiekį.
Jei tokio mėnulio atmosfera būtų pakankamai nestabili, kad dujos galėtų kondensuotis į skystą formą, didžioji dalis šios potvynių šilumos tiesiog spinduliuotų į kosmosą. Tačiau situacija gali būti visai kitokia aukšto slėgio atmosferose, kuriose vyrauja vandenilis.
Dabartinėje Žemės atmosferoje vandenilio molekulės (paprastos sujungtų vandenilio atomų poros) mažai šildo, tačiau esant aukštam slėgiui jos gali sugerti šilumą procesu, vadinamu „susidūrimo sukelta absorbcija“ (collision-induced absorption, CIA). Trumpalaikių susidūrimų metu vandenilio molekulės sudaro supramolekulinius kompleksus: laikinus darinius, kuriuos jungia silpni, nekovalentiniai ryšiai.
Šie kompleksai daug geriau sugeria infraraudonąją spinduliuotę nei ryšiai izoliuotose vandenilio molekulėse ir gali prilygti stiprių šiltnamio efektą sukeliančių dujų, tokių kaip anglies dioksidas ir metanas, absorbcijai.
Todėl kai kuriuose ankstesniuose tyrimuose buvo svarstoma, kiek energijos, susidarančios mėnulyje ar net naujai susiformavusiose planetose, galėtų būti efektyviai sulaikyta tirštame vandenilio atmosferoje. Jei tai būtų įmanoma, šios atmosferos galėtų įkaisti be didelio masto kondensacijos, kuri kamavo ankstesnius anglies dioksido dominuojamus modelius.
„Tokio egzomėnulio paviršiaus temperatūra galėtų būti pakankama, kad vanduo išliktų skystas be netoliese esančios žvaigždės, o tai žymiai padidintų gyvybės atsiradimo Visatoje galimybes“, – aiškina Dahlbüddingas. „Nors tokius mėnulius galima aptikti net artimiausioje ateityje, bet kokios atmosferos patvirtinimas ir analizė dar ilgai gali būti neįmanoma.“
Skaičiavimų derinimas
Kol kas geriausias būdas tyrinėti šias egzotiškas aplinkas yra modeliavimas. Kaip aiškina Dahlbüddingas, šios simuliacijos leidžia tyrėjams stebėti, kaip mėnulio atmosfera ir orbita vystosi milijardus metų po planetos iškritimo.
„Mes sujungėme tikslius atmosferos temperatūros skaičiavimus su grįžtamuoju ryšiu apie cheminę sudėtį, daugiausia per kondensaciją“, – sako jis. „Tai lėmė realiausias, nors vis dar apytiksles, tokių mėnulių simuliacijas iki šiol.“
Be to, tyrėjai įtraukė naujausias teorines įžvalgas apie tai, kaip egzomėnulių orbitos keičiasi laikui bėgant. „2023 m. Giulia Roccetti vadovaujamas tyrimas sumodeliavo, kaip orbitų cirkuliacija lemia prieinamos potvynių šilumos sumažėjimą laikui bėgant“, – tęsia Dahlbüddingas. „Kartu su šiais ankstesniais rezultatais galime apskaičiuoti maksimalų laiką, praleistą gyvybei tinkamoje zonoje.“
Skysto vandens išlaikymas
Komandos skaičiavimai rodo, kad storiausiose nagrinėjamose vandenilio dominuojamose atmosferose (kurių slėgis siekia 100 kartų didesnį nei slėgis Žemės paviršiuje) susidūrimo sukeltos absorbcijos poveikis sukurtų pakankamai šiltas ir stabilias sąlygas skystam vandeniui palaikyti. Kai kuriais atvejais šios gyvybei tinkamos sąlygos galėtų išlikti iki 4,3 milijardo metų po planetos išmetimo – tai panašu į dabartinį Žemės amžių.
„Vandenilis veikia ne tik kaip stiprios šiltnamio efektą sukeliančios dujos, bet ir kaip stabilus fonas, kuriame daugiau ar mažiau kondensuojančios medžiagos, tokios kaip metanas, amoniakas ir vandens garai, gali dar labiau prisidėti prie vidinės šilumos išlaikymo“, – sako Dahlbüddingas.
Palyginimai su ankstyvąja Žeme
Be tolimų egzomėnulių modeliavimo, tyrėjai teigia, kad jų išvados taip pat gali nušviesti pačios Žemės praeitį. Prieš atsirandant gyvybei, mūsų planetos atmosferoje galėjo būti daug daugiau vandenilio nei šiandien, ir periodiškai slėgiu ją galėjo paveikti dažni asteroidų smūgiai – sąlygos, kurios galėjo sustiprinti susidūrimų sukeltą absorbciją.
Tokia aplinka galėjo būti palanki RNR molekulių formavimuisi ir replikacijai, galiausiai padėdama pradėti evoliucijos procesą.
„Nuolat vykdydami diskusijas, savo tyrimus siejame su naujausiais pasiekimais ieškant gyvybės ištakų Žemėje“, – sako Dahlbüddingas. „Savo straipsniu tikimės nutiesti šį tiltą tarp bio- ir astrofizikos ir kitiems mokslininkams.“
David Dahlbüdding et al, Habitability of Tidally Heated H2-Dominated Exomoons around Free-Floating Planets, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2026). DOI: 10.1093/mnras/stag243. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2602.05378
Journal information:Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , arXiv
Saturno palydove Enceladus yra visos sąlygos, kad jame galėtų egzistuoti gyvybė
Kaip ir kodėl ieškoma nežemiškosios gyvybės?