Proxima b, en planet i jordstorlek precis utanför vårt solsystem i den beboeliga zonen i sin stjärna, kanske inte kan hålla grepp om atmosfären, lämnar ytan utsatt för skadlig stjärnstrålning och minskar dess potential för beboelse.

Bara fyra ljusår bort, Proxima b är vår närmaste kända extrasolgranne. Dock, på grund av att den inte har setts korsa framför sin värdstjärna, exoplaneten undviker den vanliga metoden för att lära sig om dess atmosfär. Istället, forskare måste lita på modeller för att förstå om exoplaneten är beboelig.

En sådan datormodell övervägde vad som skulle hända om jorden kretsade kring Proxima Centauri, vår närmaste stjärngranne och Proxima b:s värdstjärna, i samma bana som Proxima b. NASA -studien, publicerad den 24 juli, 2017, i The Astrophysical Journal Letters , föreslår att jordens atmosfär inte skulle överleva i närheten av den våldsamma röda dvärgen.

"Vi bestämde oss för att ta den enda beboelige planeten vi vet om hittills - jorden - och lägga den där Proxima b är, "sa Katherine Garcia-Sage, en rymdforskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, och huvudförfattare till studien. Forskningen stöddes av NASA:s NExSS -koalition - som leder sökandet efter liv på planeter bortom vårt solsystem - och NASA Astrobiology Institute.

Bara för att Proxima b:s bana befinner sig i den beboeliga zonen, vilket är avståndet från dess värdstjärna där vatten kan samlas på en planets yta, betyder inte att det är beboeligt. Det tar inte hänsyn, till exempel, om vatten faktiskt finns på planeten, eller om en atmosfär kan överleva i den omloppsbanan. Atmosfärer är också viktiga för livet som vi känner det:Att ha rätt atmosfär möjliggör klimatreglering, bibehållande av ett vattenvänligt yttryck, skyddar mot farligt rymdväder, och hushållet med livets kemiska byggstenar.

Garcia-Sage och hennes kollegors datormodell använde jordens atmosfär, magnetfält och gravitation som proxies för Proxima b:er. De beräknade också hur mycket strålning Proxima Centauri producerar i genomsnitt, baserat på observationer från NASA:s Chandra röntgenobservatorium.

Med dessa uppgifter, deras modell simulerar hur värdstjärnans intensiva strålning och frekventa blossning påverkar exoplanets atmosfär.

"Frågan är, hur mycket av atmosfären går förlorad, och hur snabbt sker den processen? "sa Ofer Cohen, en rymdforskare vid University of Massachusetts, Lowell och medförfattare till studien. "Om vi ​​uppskattar den tiden, vi kan beräkna hur lång tid det tar att stämma helt för att fly - och jämföra det med planetens livstid. "

En aktiv röd dvärgstjärna som Proxima Centauri tar bort atmosfären när högenergi extrem ultraviolett strålning joniserar atmosfäriska gaser, slå av elektroner och producera en sträng av elektriskt laddade partiklar. I denna process, de nybildade elektronerna får tillräckligt med energi för att de lätt ska kunna fly från planetens tyngdkraft och springa ut ur atmosfären.

Motsatta avgifter lockar, så när mer negativt laddade elektroner lämnar atmosfären, de skapar en kraftfull laddningsseparation som drar positivt laddade joner med sig, ut i rymden.

I Proxima Centauris beboeliga zon, Proxima b stöter på anfall av extrem ultraviolett strålning hundratals gånger större än jorden gör från solen. Att strålning genererar tillräckligt med energi för att ta bort inte bara de lättaste molekylerna - väte - utan också, över tid, tyngre element som syre och kväve.

Modellen visar Proxima Centauris kraftfulla strålning tömmer den jordliknande atmosfären så mycket som 10, 000 gånger snabbare än vad som händer på jorden.

"Detta var en enkel beräkning baserad på genomsnittlig aktivitet från värdstjärnan, "Sa Garcia-Sage." Det tar inte hänsyn till variationer som extrem uppvärmning i stjärnans atmosfär eller våldsamma stjärnstörningar på exoplanetens magnetfält-saker vi förväntar oss ger ännu mer joniserande strålning och atmosfärisk flykt. "

För att förstå hur processen kan variera, forskarna tittade på två andra faktorer som förvärrar atmosfärisk förlust. Först, de övervägde temperaturen i den neutrala atmosfären, kallas termosfären. De fann när termosfären värms med mer stjärnstrålning, atmosfärisk flykt ökar.

Forskarna övervägde också storleken på den region över vilken atmosfärisk flykt sker, kallas polarhatten. Planeter är mest känsliga för magnetiska effekter vid sina magnetiska poler. När magnetfältlinjer vid polerna stängs, polarhatten är begränsad och laddade partiklar förblir instängda nära planeten. Å andra sidan, större flykt sker när magnetfältlinjer är öppna, ger en enkelriktad väg till rymden.

"Denna studie tittar på en underskattad aspekt av beboelse, vilket är atmosfärisk förlust i samband med stjärnfysik, "sa Shawn Domagal-Goldman, en rymdforskare från Goddard som inte är involverad i studien. "Planeter har många olika samverkande system, och det är viktigt att se till att vi inkluderar dessa interaktioner i våra modeller. "

Forskarna visar att med de högsta termosfärstemperaturerna och ett helt öppet magnetfält, Proxima b kan förlora en mängd som motsvarar hela jordens atmosfär om 100 miljoner år - det är bara en bråkdel av Proxima b:s 4 miljarder år hittills. När forskarna antog de lägsta temperaturerna och ett stängt magnetfält, att mycket massa flyr över 2 miljarder år.

"Det kan bli intressant om en exoplanet håller fast vid sin atmosfär, men Proxima b:s atmosfäriska förlustnivåer här är så höga att beboelse är osannolikt, "sa Jeremy Drake, en astrofysiker vid Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics och medförfattare till studien. "Detta ifrågasätter planetenas beboelse runt sådana röda dvärgar i allmänhet."

Röda dvärgar som Proxima Centauri eller TRAPPIST-1-stjärnan är ofta målet för exoplanetjakter, för de är de coolaste, minsta och vanligaste stjärnan i galaxen. Eftersom de är svalare och svagare, planeter måste hålla täta banor för att flytande vatten ska vara närvarande.

Men om inte förlusten i atmosfären motverkas av någon annan process - till exempel en massiv mängd vulkanisk aktivitet eller kometbombardering - så nära, forskare hittar oftare, är inte lovande för en atmosfärs överlevnad eller hållbarhet.