Najlepsze dzielnice do rozpoczęcia życia w galaktyce | Magazyn Quanta

Aby mogło istnieć życie, przynajmniej takie, jakie znamy, planeta musi krążyć wokół gwiazdy, która jest stosunkowo spokojna i stabilna. Orbita planety musi być również prawie okrągła, aby planeta doświadczała podobnego ciepła przez cały rok. I nie może być zbyt gorąco, aby woda powierzchniowa nie wyparowała; nie za zimno, aby woda nie pozostała w lodzie; ale w sam raz, aby rzeki i morza pozostały płynne.

Te cechy definiują „strefę zamieszkiwalną” wokół gwiazd – kuszące miejsca, na które warto zwrócić uwagę w poszukiwaniu egzoplanet przyjaznych życiu. Jednak naukowcy coraz częściej poddają całą galaktykę podobnym badaniom. W ten sam sposób, w jaki kontynenty z odrębnymi biosferami charakteryzują się odrębną florą i fauną, w różnych regionach galaktyki mogą znajdować się różne populacje gwiazd i planet. Burzliwa historia Drogi Mlecznej oznacza, że ​​nie wszystkie zakątki galaktyki są takie same i że tylko niektóre regiony galaktyczne mogą nadawać się do tworzenia planet, które naszym zdaniem nadają się do zamieszkania.

W miarę jak naukowcy zajmujący się egzoplanetami dopracowują swoje pomysły na temat tego, gdzie szukać obcego życia, zastanawiają się teraz nad pochodzeniem gwiazdy i jej sąsiedztwem, powiedział Jespera Nielsena, astronom z Uniwersytetu w Kopenhadze. Nowe symulacje, wraz z obserwacjami z satelitów polujących na planety i monitorujących miliony gwiazd, dają obraz tego, jak różne sąsiedztwa galaktyczne – a może nawet różne galaktyki – w różny sposób tworzą planety.

„To z kolei może pomóc nam lepiej zrozumieć, gdzie skierować nasze teleskopy” – powiedział Nielsen.

Geografia Galaktyki

Dziś Droga Mleczna ma skomplikowaną strukturę. Jej centralną supermasywną czarną dziurę otacza „wybrzuszenie”, gęsta masa gwiazd zawierająca część najstarszych mieszkańców galaktyki. Wybrzuszenie jest otoczone „cienkim dyskiem”, strukturą, którą można zobaczyć wijącą się nad głowami w pogodną, ​​ciemną noc. Większość gwiazd, łącznie ze Słońcem, znajduje się w ramionach spiralnych cienkiego dysku, które są objęte szerszym „grubym dyskiem” zawierającym starsze gwiazdy. Całą architekturę otacza rozproszone, głównie kuliste halo ciemnej materii, gorącego gazu i niektórych gwiazd.

Przez co najmniej dwie dekady naukowcy zastanawiali się, czy warunki mieszkalne w tych konstrukcjach różnią się. Pierwsze badania nad możliwością zamieszkania w galaktyce datowane są na rok 2004, kiedy australijscy naukowcy Charles Lineweaver, Yeshe Fenner i Brad Gibson modelował historię Drogi Mlecznej i wykorzystał je do zbadania, gdzie można znaleźć strefy nadające się do zamieszkania. Chcieli wiedzieć, które gwiazdy macierzyste zawierają wystarczającą ilość ciężkich pierwiastków (takich jak węgiel i żelazo), aby utworzyć planety skaliste, które gwiazdy przebywały wokół siebie wystarczająco długo, aby wyewoluowało złożone życie, a które gwiazdy (i wszelkie planety krążące wokół nich) były bezpieczne przed sąsiednimi supernowymi. Ostatecznie zdefiniowali „galaktyczną strefę mieszkalną”, obszar w kształcie pączka z dziurą pośrodku galaktyki. Wewnętrzna granica regionu zaczyna się około 22,000 29,000 lat świetlnych od centrum Galaktyki, a zewnętrzna granica kończy się około XNUMX XNUMX lat świetlnych dalej.

W ciągu dwudziestu lat astronomowie próbowali dokładniej zdefiniować zmienne kontrolujące ewolucję zarówno gwiazd, jak i planet w galaktyce, powiedział Kevina Schlaufmana, astronom z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa. Na przykład, powiedział, planety rodzą się w pyłowych dyskach otaczających nowonarodzone gwiazdy i, mówiąc prościej, jeśli „dysk protoplanetarny ma dużo materiału, z którego mogą powstać skały, wówczas utworzy więcej planet”.

Niektóre regiony galaktyki mogą być gęściej zasiane składnikami tworzącymi planety niż inne, a naukowcy pracują obecnie nad zrozumieniem, w jakim stopniu sąsiedztwa galaktyczne wpływają na planety, na których żyją.

Oto egzoplanety

Spośród około 4,000 znanych egzoplanet jak dotąd istnieje niewiele zasad określających, gdzie typy planet żyją; żadnych systemów gwiezdnych wyglądać zupełnie jak nasze, a większość z nich nawet tego nie robi wyglądają bardzo podobnie do siebie.

Nielsen i jego współpracownicy chcieli wiedzieć, czy planety mogą formować się inaczej w grubym, cienkim dysku i halo Drogi Mlecznej. Ogólnie rzecz biorąc, gwiazdy o cienkich dyskach zawierają więcej ciężkich pierwiastków niż gwiazdy o grubych dyskach, co oznacza, że ​​wyrosły z chmur, które mogą również zawierać więcej składników tworzących planety. Wykorzystując dane z satelity Europejskiej Agencji Kosmicznej do śledzenia gwiazd Gaia, Nielsen i jego współpracownicy najpierw rozdzielili gwiazdy na podstawie obfitości określonych pierwiastków. Następnie symulowali powstawanie planet wśród tych populacji.

Ich symulacje, które opublikowali w październiku, wykazali, że gazowe olbrzymy i superziemie – najpopularniejszy typ egzoplanet – rosły obficie w cienkim dysku, prawdopodobnie dlatego, że (zgodnie z oczekiwaniami) gwiazdy te mają więcej materiału budowlanego, z którym mogą pracować. Odkryli także, że młodsze gwiazdy zawierające cięższe pierwiastki zwykle zawierają więcej planet, a planety-olbrzymy są częstsze niż mniejsze. I odwrotnie, gazowe olbrzymy w grubym dysku i halo prawie nie istniały.

Schlaufman, który nie był zaangażowany w prace, stwierdził, że wyniki mają sens. Skład pyłu i gazu, z którego powstają gwiazdy, ma kluczowe znaczenie dla ustalenia, czy gwiazdy zbudują planety. I choć skład ten może się różnić w zależności od lokalizacji, argumentował, że chociaż lokalizacja może przygotować grunt pod budowanie świata przez gwiazdę, może nie przesądzić o ostatecznym wyniku.

Symulacje Nielsena mają charakter teoretyczny, ale niektóre ostatnie obserwacje potwierdzają jego ustalenia.

W czerwcu badanie wykorzystujące dane z kosmicznego teleskopu Keplera służącego do polowania na planety NASA wykazało, że gwiazdy w cienkim dysku Drogi Mlecznej mają więcej planet, zwłaszcza superziemie i światy wielkości mniejsze od Neptuna, niż gwiazdy w grubym dysku. Jedno wyjaśnienie – powiedział Jesse'go Christiansena, naukowiec zajmujący się egzoplanetami w California Institute of Technology i współautor badania, jest taki, że stare gwiazdy o grubych dyskach mogły narodzić się, gdy składników tworzących planety było niewiele, zanim pokolenia umierających gwiazd zasiały kosmos wraz z budynkami bloki światów. A może gwiazdy o grubych dyskach narodziły się w gęstych środowiskach o wysokim promieniowaniu, gdzie turbulencje w ogóle uniemożliwiają łączenie się małych planet.

Planety mogą radzić sobie lepiej na otwartych przestrzeniach, takich jak przedmieścia, zamiast na gęsto zaludnionych obszarach „miejskich”, twierdzi Christiansen. Nasze słońce znajduje się w jednej z takich słabo zaludnionych stref podmiejskich.

Inne Ziemie

Przeglądy Christiansena i symulacje Nielsena są jednymi z pierwszych, które badają występowanie planet jako funkcję sąsiedztwa galaktycznego; Wedant Chandra, astronom z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, przygotowuje się do pójścia o krok dalej i zbadania, czy powstawanie planet mogło przebiegać inaczej w niektórych galaktykach, które pochłaniała Droga Mleczna w miarę swojego wzrostu. Nielsen ma nadzieję, że w przyszłości precyzyjnie dostrojone badania i instrumenty, takie jak należący do NASA rzymski teleskop kosmiczny Nancy Grace, pomogą nam zrozumieć powstawanie planet w taki sam sposób, w jaki demografowie rozumieją populacje. Czy możemy przewidzieć, w jakich gwiazdach będą znajdować się jakie typy planet? Czy Ziemie powstają częściej w niektórych dzielnicach? A jeśli wiemy, gdzie patrzeć, czy znajdziemy coś, co na nas patrzy?

Wiemy, że żyjemy w strefie nadającej się do zamieszkania, w świecie krążącym wokół spokojnej gwiazdy. Jednak to, jak, oraz kiedy i dlaczego zaczęło się życie na Ziemi, jest najważniejszym pytaniem w każdej dziedzinie nauki. Być może naukowcy powinni także zastanowić się nad historią powstania naszej gwiazdy, a nawet historią gwiezdnych przodków, którzy miliardy lat temu ukształtowali nasz zakątek Drogi Mlecznej.

„Czy życie na Ziemi było nieuniknione? Czy to było wyjątkowe?” – zapytała Chandra. „Dopiero gdy uzyskasz globalny obraz… będziesz mógł zacząć odpowiadać na takie pytania”.