Powszechnie wiadomo, że wszystkie gwiazdy mają żywotność. Zaczyna się od ich formacji, a następnie przechodzi przez fazę Sekwencji Głównej (która stanowi większość ich życia), po czym kończy się śmiercią. W większości przypadków gwiazdy pęcznieją nawet kilkaset razy w stosunku do normalnego rozmiaru, gdy opuszczają fazę głównej sekwencji swojego życia, podczas której prawdopodobnie pochłoną wszelkie planety, które krążą blisko nich.
Jednak w przypadku planet krążących wokół gwiazdy z większej odległości (zasadniczo poza „Linią Mrozu”), warunki mogą faktycznie stać się wystarczająco ciepłe, aby mogły utrzymać życie. Według nowych badań Instytutu Carla Sagana na Uniwersytecie Cornell ta sytuacja może trwać przez kilka układów gwiezdnych przez miliardy lat, dając początek zupełnie nowym formom życia pozaziemskiego!
Za około 5,4 miliarda lat nasze Słońce opuści fazę Sekwencji Głównej. Po wyczerpaniu paliwa wodorowego w rdzeniu, obojętny popiół helu, który się tam zgromadził, stanie się niestabilny i zapadnie się pod własnym ciężarem. Spowoduje to rozgrzanie rdzenia i zwiększenie gęstości, co z kolei spowoduje wzrost wielkości Słońca i wejście w fazę ewolucji zwaną Czerwoną Gałęzią Gigantów (RGB).
Okres ten rozpocznie się, gdy nasze Słońce stanie się subgantem, w którym będzie powoli podwajało się w ciągu około pół miliarda lat. Spędzi następne pół miliarda lat na szybszym rozwoju, aż osiągnie 200-krotność swojej obecnej wielkości i kilka tysięcy razy jaśniej. Będzie wówczas oficjalnie czerwoną olbrzymią gwiazdą, która ostatecznie rozszerzy się do punktu, w którym sięga poza orbitę Marsa.
Jak badaliśmy w poprzednim artykule, planeta Ziemia nie przetrwa naszego Słońca, stając się Czerwonym Gigantem - podobnie Merkury, Wenus i Mars. Ale poza „linią mrozu”, gdzie jest wystarczająco zimno, aby lotne związki - takie jak woda, amoniak, metan, dwutlenek węgla i tlenek węgla - pozostały w stanie zamrożonym, pozostały gazowe olbrzymy, lodowe olbrzymy i planety karłowate . Nie tylko to, ale rozpocznie się potężna odwilż.
Krótko mówiąc, gdy gwiazda rozszerzy się, jej „strefa zamieszkana” prawdopodobnie zrobi to samo, obejmując orbity Jowisza i Saturna. Kiedy tak się stanie, miejsca niegdyś nie nadające się do zamieszkania - jak księżyce Jowisza i Kronian - mogą nagle stać się zamieszkalne. To samo dotyczy wielu innych gwiazd we Wszechświecie, z których wszystkie mają zostać Czerwonymi Gigantami, gdy zbliżają się do końca ich życia.
Jednak kiedy nasze Słońce osiągnie fazę Czerwonego Gałęzi Olbrzyma, oczekuje się, że pozostanie mu tylko 120 milionów lat aktywnego życia. To nie jest dość czasu, aby nowe formy życia pojawiły się, ewoluowały i stały się naprawdę złożone (tj. Jak ludzie i inne gatunki ssaków). Ale według ostatnich badań, które pojawiły się w The Astrophysical Journal - zatytułowana „Strefa zamieszkiwania gwiazd sekwencji post-main” - niektóre planety mogą pozostać zamieszkane wokół innych czerwonych olbrzymów w naszym Wszechświecie znacznie dłużej - w niektórych przypadkach nawet do 9 miliardów lat!
Mówiąc inaczej, dziewięć miliardów lat to prawie dwa razy więcej niż obecny wiek Ziemi. Zakładając, że te światy również mają odpowiednią mieszankę elementów, będą miały wystarczająco dużo czasu na powstanie nowych i złożonych form życia. Współautorka badania, profesor Lisa Kaltennegeris, jest także dyrektorem Instytutu Carla Sagana. Jako taka nie jest obca poszukiwaniu życia w innych częściach Wszechświata. Jak wyjaśniła Space Magazine e-mailem:
„Odkryliśmy, że planety - w zależności od tego, jak duże jest ich Słońce (im mniejsza gwiazda, tym dłużej planeta może zamieszkiwać) - mogą pozostać ładne i ciepłe przez okres do 9 miliardów lat. To sprawia, że stara gwiazda jest interesującym miejscem do poszukiwania życia. Mogłaby zacząć pod powierzchnią (np. W zamarzniętym oceanie), a następnie, gdy lód topnieje, gazy, które wdycha i wydycha życie, mogą wydostawać się do atmosfery - co pozwala astronomom uchwycić je jako oznaki życia. Lub w przypadku najmniejszych gwiazd czas, w którym wcześniej zamrożona planeta może być ładna i ciepła, wynosi do 9 miliardów lat. W ten sposób życie mogłoby potencjalnie zacząć się w tym czasie ”.
Korzystając z istniejących modeli gwiazd i ich ewolucji - tj. Jednowymiarowych radiacyjno-konwekcyjnych modeli klimatycznych i gwiezdnych modeli ewolucyjnych - do ich badań Kaltenegger i Ramirez byli w stanie obliczyć odległości stref mieszkalnych (HZ) wokół serii sekwencji post-main gwiazdy (post-MS). Ramses M. Ramirez - pracownik naukowy w Carl Sagan Institute i główny autor artykułu - wyjaśnił proces badań czasopismu Space Magazine za pośrednictwem poczty elektronicznej:
„Użyliśmy gwiezdnych modeli ewolucyjnych, które mówią nam, jak wielkości gwiezdne, głównie jasność, promień i temperatura zmieniają się wraz z upływem czasu, gdy gwiazda starzeje się przez fazę czerwonego giganta. Użyliśmy również modelu klimatycznego, aby następnie obliczyć, ile energii każda gwiazda wytwarza na granicach strefy mieszkalnej. Wiedząc o tym i wspomnianej wyżej gwiezdnej jasności, możemy obliczyć odległości do granic stref mieszkalnych. ”
Jednocześnie zastanawiali się, w jaki sposób ten rodzaj gwiezdnej ewolucji może wpłynąć na atmosferę planet gwiazdy. Gdy gwiazda rozszerza się, traci masę i wyrzuca ją na zewnątrz w postaci wiatru słonecznego. W przypadku planet krążących w pobliżu gwiazdy lub tych, które mają niską grawitację powierzchniową, mogą one zostać zniszczone przez część lub całą ich atmosferę. Z drugiej strony, planety o wystarczającej masie (lub ustawione w bezpiecznej odległości) mogłyby utrzymać większość swojej atmosfery.
„Wiatry gwiezdne spowodowane utratą masy niszczą atmosferę planetarną, którą również obliczamy w funkcji czasu” - powiedział Ramirez. „Gdy gwiazda traci masę, Układ Słoneczny zachowuje pęd kątowy, przesuwając się na zewnątrz. Bierzemy również pod uwagę, w jaki sposób orbity przemieszczają się z czasem. ” Korzystając z modeli uwzględniających szybkość strat gwiezdnych i atmosferycznych podczas faz gwiazdowych Giant Red Giant Branch (RGB) i Asymptotic Giant Branch (AGB), byli w stanie ustalić, jak to będzie się układało w przypadku planet o wielkości od super- Księżyce na super-Ziemie.
Odkryli, że planeta może pozostać w strefie po HS przez eony lub dłużej, w zależności od tego, jak gorąca jest gwiazda, i zastanawiając się nad metalicznością podobną do naszej Słońca. Jak wyjaśnił Ramirez:
„Głównym rezultatem jest to, że maksymalny czas, w którym planeta może pozostać w tej czerwonej olbrzymiej strefie gorących gwiazd, wynosi 200 milionów lat. Dla naszej najfajniejszej gwiazdy (M1) maksymalny czas, w którym planeta może przebywać w tej czerwonej strefie życia giganta, wynosi 9 miliardów lat. Wyniki te zakładają poziomy metaliczności podobne do tych z naszego Słońca. Gwiazda z wyższym procentem metali potrzebuje więcej czasu na stopienie niemetali (H, He..etc), więc te maksymalne czasy mogą wzrosnąć jeszcze bardziej, nawet około dwa razy.
W kontekście naszego Układu Słonecznego może to oznaczać, że za kilka miliardów lat światy takie jak Europa i Enceladus (które są już podejrzane o życie pod lodowymi powierzchniami) mogą stać się pełnoprawnymi światami mieszkalnymi. Jak pięknie podsumował Ramirez:
„Oznacza to, że sekwencja po głównej jest kolejną potencjalnie interesującą fazą ewolucji gwiazd z punktu widzenia zdolności do zamieszkania. Długo po tym, jak wewnętrzny układ planet zamieniło się w skwierczące pustkowia przez rozszerzającą się, rosnącą czerwoną gigantyczną gwiazdę, potencjalne siedliska mieszkalne mogą znajdować się dalej od chaosu. Gdyby były zamrożonymi światami, takimi jak Europa, lód stopiłby się, potencjalnie odsłaniając wszelkie istniejące wcześniej życie. Takie istniejące wcześniej życie może zostać wykryte przez przyszłe misje / teleskopy poszukujące biosignatur atmosferycznych.”
Być może jednak najbardziej ekscytującym odkryciem od ich badań był ich wniosek, że planety krążące wokół stref mieszkalnych po stwardnieniu rozsianym gwiazdy będą to robić w odległościach, które umożliwiłyby ich wykrycie za pomocą technik bezpośredniego obrazowania. Tak więc szanse znalezienia życia wokół starszych gwiazd są nie tylko lepsze niż wcześniej sądzono, ale nie powinniśmy mieć problemu z ich wykryciem przy użyciu obecnych technik polowania na egzoplanetę!
Warto również zauważyć, że Kaltenegger i dr Ramirez przedłożyli drugi artykuł do publikacji, w którym przedstawiają listę 23 czerwonych olbrzymów w odległości 100 lat świetlnych od Ziemi. Wiedząc, że te gwiazdy, z których wszystkie znajdują się w naszym gwiezdnym sąsiedztwie, mogłyby mieć podtrzymujące życie światy w swoich strefach zamieszkania, powinny zapewnić dodatkowe możliwości łowcom planet w nadchodzących latach.
I koniecznie sprawdź ten film z Cornellcast, gdzie prof. Kaltenegger dzieli się tym, co inspiruje jej naukową ciekawość i jak naukowcy Cornell pracują, aby znaleźć dowód na istnienie życia pozaziemskiego.
