Tôi đã tự hỏi .. có bất kỳ exoplanet có thể ở được xung quanh Tau Ceti?

Phiên bản TLDR: có thể là không, và tuyên bố về khả năng cư trú của các hành tinh trong hệ thống này đang ở trên mặt đất rung chuyển.

Phiên bản dài theo sau.

Những hành tinh

Vì vậy, như Feng et al. (2017) , có bốn ứng cử viên hành tinh xung quanh Tau Ceti:

• Tau Ceti g, khối lượng tối thiểu , trục semimajor$1.75^{+0.25}_{-0.40}\ M_\oplus$$0.133^{+0.001}_{-0.002}\ \mathrm{AU}$
• Tau Ceti h, khối lượng tối thiểu , trục semimajor$1.83^{+0.68}_{-0.26}\ M_\oplus$$0.243^{+0.003}_{-0.003}\ \mathrm{AU}$
• Tau Ceti e, khối lượng tối thiểu , trục semimajor$3.93^{+0.83}_{-0.64}\ M_\oplus$$0.538^{+0.006}_{-0.006}\ \mathrm{AU}$
• Tau Ceti f, khối lượng tối thiểu , trục semimajor$3.93^{+1.05}_{-1.37}\ M_\oplus$$1.334^{+0.017}_{-0.044}\ \mathrm{AU}$

Lưu ý rằng các chỉ định Tau Ceti b, c và d đề cập đến các ứng cử viên hành tinh không còn tồn tại. Các thanh lỗi đề cập đến phần trăm 1% và 99%. là khối lượng của Trái đất.$M_\oplus$

Phong và cộng sự. (2017) cũng lưu ý rằng hệ thống được đóng gói linh hoạt, điều này không báo hiệu tốt về triển vọng cho các hành tinh bổ sung giữa các ứng cử viên hành tinh đã biết (lưu ý rằng hình 17 của chúng cho thấy các khu vực nơi các hành tinh sẽ giao thoa với nhau , chứ không phải các khu vực ổn định cho một hành tinh bổ sung).

Vùng có thể ở được

Kết luận của bài báo đưa ra độ sáng của Tau Ceti là 0,52 lần năng lượng mặt trời và nhiệt độ hiệu dụng là 5344 K. Sử dụng các giá trị này, giới hạn vùng có thể ở được có thể được tính từ Kopparapu et al. (2013) , giả định rằng các điều kiện có thể ở được được duy trì bởi chu trình cacbonat silicat với carbon dioxide là khí nhà kính chính (không ngưng tụ).

Ranh giới bên trong

• Sao Kim gần đây: 0,551 AU
• Nhà kính chạy trốn: 0,723 AU
• Nhà kính ẩm: 0,729 AU

Giới hạn nhà kính ẩm là ranh giới bên trong bảo thủ nhất, nó xảy ra khi đủ hơi nước đi vào bầu khí quyển phía trên mà mất nước bắt đầu xảy ra từ hành tinh. Trong hệ mặt trời của chúng ta, Trái đất nằm gần giới hạn này trong phần bên trong của khu vực sinh sống bảo thủ nhất.

Giới hạn nhà kính chạy trốn xảy ra khi phản hồi tích cực từ hơi nước lấn át phản hồi tiêu cực ổn định từ chu trình silicat-cacbonat, thúc đẩy sự bốc hơi của đại dương và nhiệt độ cao hơn. Điều này được cho là đã xảy ra trên Sao Kim, khiến hành tinh này rơi vào tình trạng như ngày nay.

Giới hạn sao Kim gần đây dựa trên khả năng sao Kim có thể giữ lại các đại dương trong vài tỷ năm. Điều này không được biết chắc chắn vì kiến ​​thức của chúng ta về sự tiến hóa của sao Kim khá chưa hoàn chỉnh và các điều kiện trên bề mặt hành tinh không thuận lợi cho việc điều khiển các tay đua xung quanh điều tra địa chất.

Từ đó, chúng ta thấy Tau Ceti e nằm gần giới hạn sao Kim gần đây và gần ngôi sao hơn giới hạn nhà kính chạy trốn. Điều này cho thấy rằng bất kỳ đại dương nào từng tồn tại có thể đã sôi sục, khiến hành tinh này ở trạng thái giống như sao Kim.

Các hành tinh g và h quá gần ngôi sao.

Ranh giới bên ngoài

• Nhà kính tối đa: 1.279 AU
• Sao Hỏa sớm: 1.330 AU

Giới hạn nhà kính tối đa là khoảng cách xa nhất so với ngôi sao mà bầu khí quyển carbon dioxide không có mây có thể hỗ trợ các điều kiện tương thích với nước lỏng. Ngoài ra, sự tán xạ tăng lên dẫn đến độ phản xạ của hành tinh tăng lên và CO ₂ sẽ bắt đầu ngưng tụ, loại bỏ nó khỏi khí quyển và dẫn đến làm mát chạy trốn. Đây là ranh giới khu vực sinh sống bên ngoài bảo thủ nhất. Lưu ý rằng vào thời điểm này, hành tinh sẽ cần một số thanh CO ₂ sẽ khiến nó trở nên độc hại đối với con người.

Giới hạn sao Hỏa sớm dựa trên quan sát rằng Sao Hỏa quản lý để duy trì nước mặt (ví dụ như nhiều dòng sông khác nhau và có thể là đại dương phía bắc) trong hệ mặt trời ban đầu khi Mặt trời mờ hơn đáng kể so với ngày nay. Tau Ceti f nằm ngay tại giới hạn này.

Mở rộng vùng có thể ở được

Không có hành tinh nào rơi vào vùng có thể ở được bảo thủ nhất, và Tau Ceti e và f nằm ở ranh giới của các ước tính lạc quan nhất cho ranh giới vùng có thể ở được. Tuy nhiên, có những lựa chọn để mở rộng vùng có thể ở được.

Ở ranh giới bên trong, có thể tránh được hiệu ứng nhà kính chạy trốn trên các hành tinh khô, nơi đơn giản là không đủ nước để bay hơi để thúc đẩy phản hồi tích cực, xem Zsom et al. (2013) . Tôi không rõ ràng rằng một hành tinh như vậy có thể được mô tả là có thể ở được, vì các hành tinh như vậy có thể thiếu các hệ thống thủy nhiệt có thể hoạt động như các vị trí để sinh sản. Sự tiến hóa địa chất của chúng có thể sẽ khác biệt đáng kể với Trái đất nếu không có nước để bôi trơn kiến ​​tạo mảng.

Một khả năng khác là trên các hành tinh quay chậm, nơi các tầng mây đáng kể có thể tích tụ ở phía ngày của hành tinh và tăng độ phản xạ, như ghi nhận của Yang et al. (2014) . Mặt khác, Scholz et al. (2018) đã lưu ý rằng dường như có một mối quan hệ phổ biến khối lượng kéo dài từ các hành tinh đến các sao lùn nâu. Điều này dự đoán rằng các siêu Trái đất có thể sẽ quay quá nhanh để cơ chế này hoạt động trừ khi chúng bị quay xuống bởi thủy triều sao hoặc mặt trăng lớn.

Ở ranh giới bên ngoài, việc thêm các khí nhà kính như khí mê-tan có thể có tác dụng mở rộng vùng có thể ở bên ngoài, xem ví dụ Ramirez & Kaltenegger (2018) . Điều này đã được đề xuất như là cơ chế cho phép nước mặt trên Sao Hỏa, điều này cho thấy giới hạn "Sao Hỏa sớm" là một điểm dữ liệu quan sát được trong vùng có thể ở được của mêtan. Một khả năng khác là bầu khí quyển hydro dày đặc có thể duy trì nước ở dạng lỏng, ví dụ như Pierrehumbert & Gaidos (2011) mặc dù áp lực của bầu khí quyển như vậy có thể có ý nghĩa đối với địa chất của hành tinh và do đó có khả năng gây bệnh.

Các hành tinh có khí hậu ổn định bởi một thứ khác ngoài chu trình cacbonat silicat hoặc có thành phần khí quyển khác nhau đáng kể sẽ có ranh giới vùng có thể ở khác nhau (nếu các đại dương dưới đáy biển trên thế giới băng giá có thể ở được, có thể có triển vọng thú vị cho các hành tinh lùn ở vành đai ngoài ), nhưng điều này đã đủ đầu cơ, bên cạnh đó còn có một sự phản đối khác đối với khả năng cư trú của các hành tinh này ...

Quần chúng hành tinh

Một hạn chế của phương pháp vận tốc hướng tâm là chỉ có thể lấy được khối lượng tối thiểu. Với Tau Ceti, chúng ta có một phương tiện khả thi để ước tính khối lượng thực sự: ngôi sao được bao quanh bởi một mảnh vụn (điều này có thể sẽ cung cấp một nguồn tác động lên các hành tinh, tình huống xấu đến mức nào tùy thuộc vào mức độ vật chất bị nhiễu loạn vào hệ thống bên trong). Sử dụng các quan sát Herschel, Lawler et al. (2014) cho độ nghiêng 35 ± 10 độ. Giả sử rằng các hành tinh nằm trong cùng một mặt phẳng với đĩa, thì khối lượng thực do đó sẽ lớn hơn khoảng 1,74 lần so với khối lượng tối thiểu.

Theo giả định này, khối lượng thực sự của các hành tinh e và f đều xuất hiện dưới dạng khoảng 6,85 khối lượng Trái đất. Lấy giới hạn thấp hơn 99% trên các thanh sai số khối lượng tối thiểu và độ nghiêng quỹ đạo 45 ° làm ước tính thấp, đây sẽ là 4,65 khối lượng Trái đất cho e và 3,62 khối lượng Trái đất cho f.

Bản chất của các hành tinh

Theo Rogers (2014) , quá trình chuyển đổi giữa các hành tinh giống như đá và sao Hải Vương nằm ở đâu đó trong khu vực bán kính 1,4 đến 1,6 Trái đất. Sử dụng mối quan hệ bán kính khối lượng từ Zeng et al. (2016) và phần khối lượng lõi của chúng là 0,26 đối với các hành tinh trên mặt đất điển hình, các giới hạn bán kính này tương ứng với các hành tinh trên mặt đất có khối lượng khoảng 3,3 đến 5,4 Trái đất.

Điều này cho thấy Tau Ceti e và f khá có khả năng là tiểu Hải vương chứ không phải là các hành tinh đá, mặc dù vậy, trong trường hợp lạc quan, chúng có thể có khối lượng bên dưới quá trình chuyển đổi giống như đá / Hải vương tinh, và dường như có một vài trường hợp các hành tinh đá phía trên quá trình chuyển đổi (hầu hết trong số đó có khả năng là các lõi của các hành tinh giống như sao Hải Vương, sẽ không áp dụng cho Tau Ceti e và f vì chúng có mức độ chiếu xạ sao thấp hơn nhiều).

Phần kết luận

Với tình trạng kiến ​​thức hiện tại, Tau Ceti không giống như một triển vọng tốt cho các hành tinh có thể ở được. Tau Ceti e và f khá kém về vị trí của chúng trong khu vực có thể ở được và khối lượng của chúng đủ cao để có nhiều khả năng chúng là các tiểu Hải vương thay vì các hành tinh đá. Việc đóng gói linh hoạt của hệ thống khiến cho không thể có một hành tinh ôn đới nhỏ hơn trong vùng có thể ở được giữa các hành tinh đã biết.