Найкращі райони для початку життя в Галактиці | Журнал Quanta

Щоб існувати життя, принаймні таке, яке ми знаємо, планета повинна обертатися навколо зірки, яка є відносно спокійною та стабільною. Орбіта планети також має бути майже круговою, щоб планета відчувала подібне тепло протягом року. І вона повинна бути не дуже гарячою, щоб поверхнева вода не википіла; не дуже холодно, щоб вода не залишилася закутою в лід; але якраз так, щоб ріки й моря залишалися рідкими.

Ці характеристики визначають «жилу зону» навколо зірок — спокусливі місця, на які можна орієнтуватися під час пошуку придатних для життя екзопланет. Але вчені все частіше піддають подібному дослідженню всю галактику. Подібно до того, як на континентах з різними біосферами живе відмінна флора і фауна, різні регіони галактики можуть містити різні популяції зірок і планет. Бурхлива історія Чумацького Шляху означає, що не всі куточки галактики однакові, і лише деякі галактичні регіони можуть підійти для створення планет, які, на нашу думку, можуть бути населеними.

Поки вчені-екзопланети вдосконалюють свої уявлення про те, де шукати інопланетне життя, вони зараз розглядають походження зірки та її сусідство, сказав Джеспер Нільсен, астроном Копенгагенського університету. Нове моделювання разом із спостереженнями із супутників, які шукають планети та спостерігають за мільйонами зірок, малює картину того, як різні околиці галактик — і, можливо, навіть різні галактики — по-різному утворюють планети.

«Це, у свою чергу, може допомогти нам краще зрозуміти, куди спрямовувати наші телескопи», — сказав Нільсен.

Галактична географія

Сьогодні Чумацький Шлях має складну структуру. Його центральна надмасивна чорна діра оточена «випуклістю», товстою масою зірок, у якій знаходяться деякі з найстаріших людей галактики. Опуклість оточена «тонким диском», структурою, яку ви можете бачити, як звивається над головою в ясну темну ніч. Більшість зірок, у тому числі Сонце, розташовані в спіральних рукавах тонкого диска, які охоплені ширшим «товстим диском», що містить старіші зірки. І дифузний, переважно сферичний ореол темної матерії, гарячого газу та деяких зірок огортає всю архітектуру.

Принаймні два десятиліття вчені задавалися питанням про те, чи відрізняються умови проживання в цих структурах. Перше дослідження життєздатності галактик датується 2004 роком, коли австралійські вчені Чарльз Лайнвівер, Єше Феннер і Бред Гібсон моделював історію Чумацького Шляху і використовував його, щоб дослідити, де можуть бути населені зони. Вони хотіли знати, які зірки-господарі мали достатньо важких елементів (наприклад, вуглецю та заліза), щоб утворити кам’янисті планети, які зірки існували досить довго, щоб розвинулося складне життя, і які зірки (і будь-які планети, що обертаються) були захищені від сусідніх наднових. У підсумку вони визначили «галактичну зону проживання», область у формі бублика з отвором у центрі галактики. Внутрішня межа регіону починається приблизно за 22,000 29,000 світлових років від центру Галактики, а її зовнішня межа закінчується приблизно за XNUMX XNUMX світлових років.

За останні два десятиліття астрономи намагалися точніше визначити змінні, які контролюють еволюцію як зірок, так і планет у галактиці, сказав Кевін Шлауфман, астроном Університету Джона Гопкінса. Наприклад, за його словами, планети народжуються в пилових дисках, які оточують новонароджені зірки, і, простіше кажучи, якщо «протопланетний диск містить багато матеріалу, з якого можна створити каміння, то він створить більше планет».

Деякі регіони галактики можуть бути більш щільно засіяні цими планетотворними інгредієнтами, ніж інші, і зараз вчені працюють над тим, щоб зрозуміти, наскільки галактичні околиці впливають на планети, які вони містять.

Here Be Exoplanets

Серед приблизно 4,000 відомих екзопланет поки що існує кілька правил, які визначають, які типи планет де живуть; немає зоряних систем схожі на наші власні, і більшість із них навіть ні дуже схожі один на одного.

Нільсен та його колеги хотіли знати, чи можуть планети формуватися по-різному в товстому диску, тонкому диску та гало Чумацького Шляху. Загалом зірки з тонким диском містять більше важких елементів, ніж зірки з товстим диском, а це означає, що вони виросли з хмар, які також можуть містити більше інгредієнтів, що утворюють планети. Використовуючи дані супутника Gaia Європейського космічного агентства для стеження за зірками, Нільсен і його колеги вперше розділили зірки на основі вмісту в них певних елементів. Потім вони змоделювали формування планет серед цих популяцій.

Їх моделювання, який вони опублікували в жовтні, показав, що газові планети-гіганти та супер-Землі — найпоширеніший тип екзопланет — зростали більш рясно в тонкому диску, ймовірно, тому (як і очікувалося), що ці зірки мають більше будівельного матеріалу для роботи. Вони також виявили, що молодші зірки з більшою кількістю важких елементів зазвичай містять більше планет, і що планети-гіганти зустрічаються частіше, ніж планети меншого розміру. І навпаки, газові гіганти майже не існували в товстому диску та гало.

Шлауфман, який не брав участі в роботі, сказав, що результати мають сенс. Склад пилу та газу, з яких народжуються зірки, має вирішальне значення для визначення того, чи будуть зірки будувати планети. І хоча ця композиція може змінюватися залежно від місця розташування, він стверджував, що хоча місце розташування може підготувати основу для побудови світу зірки, воно може не визначити кінцевий результат.

Моделювання Нільсена є теоретичним, але деякі нещодавні спостереження підтверджують його висновки.

У червні дослідження з використанням даних космічного телескопа Кеплер НАСА виявило, що зірки в тонкому диску Чумацького Шляху мають більше планет, особливо суперземлі та світи розміром до Нептуна, ніж зірки в товстому диску. Одне пояснення, сказав Джессі Крістіансен, дослідник екзопланет з Каліфорнійського технологічного інституту та співавтор дослідження, вважає, що старі зорі з товстим диском могли народитися, коли інгредієнти для створення планет були рідкісними, до того, як покоління вмираючих зірок засіяли космос будівлею. блоки світів. Або, можливо, зірки з товстим диском народилися в щільному середовищі з високим випромінюванням, де турбулентність взагалі перешкоджає об’єднанню дитячих планет.

За словами Крістіансена, планети можуть почуватися краще на відкритих територіях, наприклад у передмістях, замість густонаселених «міських» районів. В одній з таких малонаселених приміських зон знаходиться наше сонечко.

Інші Землі

Огляди Крістіансена та моделювання Нільсена є одними з перших, хто вивчає появу планет як функцію галактичного сусідства; Ведант Чандра, астроном із Гарвардсько-Смітсонівського центру астрофізики, готується піти ще далі й дослідити, чи могло формування планет відбуватися інакше в деяких галактиках, які Чумацький Шлях поглинув у процесі свого зростання. У майбутньому Нільсен сподівається, що точно налаштовані опитування та інструменти, такі як майбутній Римський космічний телескоп імені Ненсі Грейс NASA, допоможуть нам зрозуміти формування планети так само, як демографи розуміють населення. Чи можемо ми передбачити, які типи зірок будуть приймати які типи планет? Чи ймовірніше формування Землі в певних районах? І якщо ми знаємо, де шукати, чи знайдемо щось, що дивиться на нас?

Ми знаємо, що живемо в зоні життя, у світі, що обертається навколо тихої зірки. Але як зародилося життя на Землі, коли і чому, це найбільше питання в будь-якій галузі науки. Можливо, вченим також варто подумати про історію походження нашої зірки та навіть тих зіркових предків, які сформували наш куточок Чумацького Шляху мільярди років тому.

«Чи життя на Землі було неминучим? Це було особливим?» — запитав Чандра. «Тільки коли ви почнете мати цю глобальну картину... ви зможете почати відповідати на такі запитання».