Cele mai bune cartiere pentru a începe o viață în galaxie | Revista Quanta

Pentru a adăposti viață, cel puțin așa cum o știm, o planetă trebuie să orbiteze în jurul unei stele care este relativ calmă și stabilă. De asemenea, orbita planetei trebuie să fie aproape circulară, astfel încât planeta experimentează o căldură similară pe tot parcursul anului. Și nu trebuie să fie prea fierbinte, pentru ca orice apă de suprafață să nu fiarbă; nu prea rece, ca nu cumva acea apă să rămână blocată în gheață; dar exact, astfel încât râurile și mările să rămână lichide.

Aceste caracteristici definesc o „zonă locuibilă” în jurul stelelor – locuri tentante de vizat în căutarea unor exoplanete prietenoase cu viața. Dar oamenii de știință supun din ce în ce mai mult întreaga galaxie unui control similar. În același mod în care continentele cu biosfere distincte găzduiesc floră și faună distincte, diferite regiuni ale galaxiei ar putea adăposti populații diferite de stele și planete. Istoria turbulentă a Căii Lactee înseamnă că nu toate colțurile galaxiei sunt la fel și că doar unele regiuni galactice ar putea fi potrivite pentru a face planete despre care credem că ar putea fi locuite.

Pe măsură ce oamenii de știință din exoplanete își perfecționează ideile despre unde să caute viața extraterestră, ei se gândesc acum la originea unei stele și vecinătatea ei, a spus Jesper Nielsen, astronom la Universitatea din Copenhaga. Noile simulări, împreună cu observațiile de la sateliți care vânează planete și monitorizează milioane de stele, fac o imagine a modului în care diferite cartiere galactice - și poate chiar galaxii diferite - formează planetele în mod diferit.

„Acest lucru, la rândul său, ne poate ajuta să înțelegem mai bine unde să îndreptăm telescoapele”, a spus Nielsen.

Geografie Galactică

Astăzi, Calea Lactee are o structură complicată. Gaura sa neagră supermasivă centrală este înconjurată de „bulbe”, o masă groasă de stele care conține unii dintre cei mai în vârstă cetățeni ai galaxiei. Bulbul este acoperit de „discul subțire”, structura pe care o puteți vedea șerpuind deasupra capului într-o noapte senină și întunecată. Majoritatea stelelor, inclusiv soarele, se găsesc în brațele spiralate ale discului subțire, care sunt îmbrățișate de un „disc gros” mai larg, care conține stele mai vechi. Și un halou difuz, în mare parte sferic, de materie întunecată, gaz fierbinte și unele stele învăluie întreaga arhitectură.

Timp de cel puțin două decenii, oamenii de știință s-au întrebat dacă condițiile de locuit variază între aceste structuri. Primul studiu al locuinței galactice datează din 2004, când oamenii de știință australieni Charles Lineweaver, Yeshe Fenner și Brad Gibson a modelat istoria a Căii Lactee și a folosit-o pentru a studia unde ar putea fi găsite zonele locuibile. Au vrut să știe care stele gazdă aveau suficiente elemente grele (cum ar fi carbonul și fierul) pentru a forma planete stâncoase, care stele au existat suficient de mult pentru ca viața complexă să evolueze și care stele (și orice planetă care orbitează) erau ferite de supernovele învecinate. Au ajuns să definească o „zonă locuibilă galactică”, o regiune în formă de gogoașă, cu gaura centrată în centrul galaxiei. Granița interioară a regiunii începe la aproximativ 22,000 de ani-lumină de centrul galactic, iar limita sa exterioară se termină la aproximativ 29,000 de ani-lumină.

În cele două decenii de după, astronomii au încercat să definească mai precis variabilele care controlează atât evoluția stelară, cât și cea planetară în galaxie, a spus. Kevin Schlaufman, astronom la Universitatea Johns Hopkins. De exemplu, a spus el, planetele se nasc în discuri prăfuite care înconjoară stelele nou-născute și, simplu, dacă „un disc protoplanetar are o mulțime de material care poate face roci, atunci va face mai multe planete”.

Unele regiuni ale galaxiei pot fi însămânțate mai dens cu acele ingrediente care produc planete decât altele, iar oamenii de știință lucrează acum pentru a înțelege cât de mult influențează cartierele galactice planetele pe care le adăpostesc.

Aici Fii Exoplanete

Dintre cele aproximativ 4,000 de exoplanete cunoscute, până acum există puține reguli care reglementează ce tipuri de planete trăiesc unde; fără sisteme stelare arata destul de mult ca al nostru, iar majoritatea nici măcar seamana mult unul cu altul.

Nielsen și colegii săi au vrut să știe dacă planetele s-ar putea forma diferit în discul gros, discul subțire și haloul Căii Lactee. În general, stelele cu disc subțire conțin mai multe elemente grele decât stelele cu disc groase, ceea ce înseamnă că au crescut din nori care ar putea conține și mai multe ingrediente care produc planete. Folosind date de la satelitul Gaia al Agenției Spațiale Europene, Nielsen și colegii săi au separat mai întâi stelele pe baza abundenței lor de anumite elemente. Apoi au simulat formarea planetei printre acele populații.

Simulările lor, pe care l-au publicat în octombrie, a arătat că planetele gigantice gazoase și super-Pământurile – cel mai comun tip de exoplanetă – au crescut mai mult în discul subțire, probabil pentru că (cum era de așteptat) acele stele au mai mult material de construcție cu care să lucreze. Ei au descoperit, de asemenea, că stelele mai tinere cu elemente mai grele au avut tendința de a găzdui mai multe planete în general și că planetele gigantice erau mai comune decât planetele mai mici. Dimpotrivă, giganții de gaz erau aproape inexistenți în discul gros și aureola.

Schlaufman, care nu a fost implicat în lucrare, a spus că rezultatele au sens. Compoziția prafului și a gazului din care se nasc stelele este crucială pentru a determina dacă stelele vor construi planete. Și, deși acea compoziție poate varia în funcție de locație, el a susținut că, deși locația poate pregăti scena pentru construirea lumii unei vedete, este posibil să nu determine rezultatul final.

Simulările lui Nielsen sunt teoretice, dar unele observații recente susțin descoperirile sale.

În iunie, un studiu care folosea date de la telescopul spațial Kepler de vânătoare de planete al NASA a constatat că stelele din discul subțire al Căii Lactee au mai multe planete, în special super-Pământ și lumi de dimensiunea sub-Neptun, decât stelele din discul gros. O explicație, a spus Jessie Christiansen, un om de știință al exoplanetelor de la Institutul de Tehnologie din California și co-autor al studiului, este că stelele vechi, cu disc groase, s-ar fi putut fi născut atunci când ingredientele pentru producerea planetelor erau rare, înainte ca generații de stele muribunde să semene cosmosul cu clădirea. blocuri de lumi. Sau poate că stelele cu discuri groase s-au născut în medii dense, cu radiații ridicate, unde turbulențele împiedică deloc planetele mici să se unească.

Planetele s-ar putea descurca mai bine în zonele deschise, cum ar fi suburbiile, în loc de zonele „urbane” dens populate, a spus Christiansen. Soarele nostru se află într-o astfel de zonă suburbană puțin populată.

Alte Pământuri

Sondajele lui Christiansen și simulările lui Nielsen sunt printre primii care au studiat apariția planetei în funcție de vecinătatea galactică; Vedant Chandra, un astronom la Centrul Harvard-Smithsonian pentru Astrofizică, se pregătește să facă un pas mai departe și să studieze dacă formarea planetelor ar fi putut fi diferită în unele dintre galaxiile pe care Calea Lactee le-a consumat pe măsură ce creștea. În viitor, Nielsen speră că sondajele și instrumentele bine reglate, cum ar fi viitorul telescop spațial roman Nancy Grace al NASA, ne vor ajuta să înțelegem formarea planetelor în același mod în care demografii înțeleg populațiile. Putem prezice ce tipuri de stele vor găzdui ce tipuri de planete? Este mai probabil ca Pământul să se formeze în anumite cartiere? Și dacă știm unde să căutăm, vom găsi ceva care se uită înapoi la noi?

Știm că trăim într-o zonă locuibilă, într-o lume care orbitează o stea liniștită. Dar cum a început viața pe Pământ, când și de ce, este cea mai mare întrebare în orice domeniu al științei. Poate că oamenii de știință ar trebui să se gândească și la povestea originii stelei noastre și chiar la cea a strămoșilor stelari care ne-au modelat colțul Calei Lactee, cu miliarde de ani în urmă.

„A fost viața pe Pământ inevitabilă? A fost special?” întrebă Chandra. „Numai odată ce începi să ai această imagine globală... poți începe să răspunzi la astfel de întrebări.”