Poszukiwanie życia pozaziemskiego poza naszym Układem Słonecznym koncentruje się obecnie na planetach pozasłonecznych w „strefach zamieszkałych” układów egzoplanetarnych wokół gwiazd podobnych do Słońca. Znalezienie planet podobnych do Ziemi wokół innych gwiazd jest głównym celem misji Kepler NASA.
Strefę mieszkalną (HZ) wokół gwiazdy definiuje się jako zasięg odległości, na których ciekła woda mogłaby istnieć na powierzchni planety ziemskiej, przy wystarczająco gęstej atmosferze. Planety lądowe są ogólnie definiowane jako skaliste i podobne do Ziemi pod względem wielkości i masy. Pokazana jest tutaj wizualizacja stref mieszkalnych wokół gwiazd o różnych średnicach, jasności i temperaturze. Czerwony obszar jest zbyt gorący, niebieski obszar jest zbyt zimny, ale zielony region jest odpowiedni dla ciekłej wody. Ponieważ można to opisać w ten sposób, HZ jest również nazywane „Strefa Złotowłosa”.
Zwykle uważamy, że planety wokół innych gwiazd są podobne do naszego Układu Słonecznego, gdzie orszak planet krąży wokół jednej gwiazdy. Chociaż teoretycznie jest to możliwe, naukowcy zastanawiali się, czy planety kiedykolwiek zostaną odnalezione wokół par gwiazd lub wielu układów gwiezdnych. Następnie we wrześniu 2011 r. Naukowcy z misji NASA Kepler ogłosili odkrycie Kepler-16b, zimnej, gazowej planety wielkości Saturna, która krąży wokół pary gwiazd, takich jak fikcyjna Tatooine z Gwiezdnych wojen.
W tym tygodniu miałem okazję przeprowadzić wywiad z jednym z młodych pistoletów studiujących egzoplanety, Billy Quarles. W poniedziałek Billy i jego współautorzy, profesor Zdzisław Musielak i profesor nadzwyczajny Manfred Cuntz, przedstawili swoje odkrycia na temat możliwości planet podobnych do Ziemi w strefach zamieszkiwanych Keplera 16 i innych układów gwiezdnych w Australii na spotkaniu AAS w Austin w Teksasie .
„Aby zdefiniować strefę mieszkalną, obliczamy ilość strumienia padającego na obiekt w danej odległości” - wyjaśnił Billy. „Wzięliśmy również pod uwagę, że różne planety o różnych atmosferach będą w różny sposób zatrzymywać ciepło. Planeta z naprawdę słabym efektem cieplarnianym może być bliżej gwiazd. W przypadku planety ze znacznie silniejszym efektem cieplarnianym strefa mieszkalna będzie dalej. ”
„W naszym szczególnym badaniu mamy planetę krążącą wokół dwóch gwiazd. Jedna z gwiazd jest znacznie jaśniejsza od drugiej. O wiele jaśniejsze, że zignorowaliśmy strumień pochodzący z mniejszej słabszej gwiazdy towarzyszącej. Dlatego nasza definicja strefy zamieszkania w tym przypadku jest ostrożna. ”
Quarles i jego koledzy przeprowadzili szeroko zakrojone badania numeryczne dotyczące długoterminowej stabilności orbit planet w obrębie Kepler 16 HZ. „Stabilność orbity planetarnej zależy od odległości od gwiazd podwójnych” - powiedział Quarles. „Im dalej, tym są bardziej stabilne, ponieważ gwiazdy wtórne są mniej zaburzone”.
Dla układu Keplera 16 orbity planetarne wokół gwiazdy pierwotnej są stabilne tylko do 0,0675 AU (jednostki astronomiczne). „To mieści się w wewnętrznej granicy zamieszkiwania, w której przejmuje się niekontrolowany efekt cieplarniany” - wyjaśnił Billy. To wszystko wyklucza możliwość zamieszkiwania planet na bliskiej orbicie wokół głównej gwiazdy pary. Odkryli, że orbity w strefie Złotowłosa dalej, wokół pary gwiazd o niskiej masie Keplera 16, są stabilne w skali czasu miliona lat lub dłużej, zapewniając możliwość ewolucji życia na planecie w tej strefie.
Z grubsza okrągła orbita Keplera 16b, około 65 milionów mil od gwiazd, znajduje się na zewnętrznej krawędzi tej strefy nadającej się do zamieszkania. Będąc gigantem gazowym, 16b nie jest planetą lądową nadającą się do zamieszkania. Jednak księżyc podobny do Ziemi, a Goldilocks Moon, na orbicie wokół tej planety mógłby utrzymać życie, gdyby był wystarczająco masywny, aby zachować atmosferę podobną do Ziemi. „Ustaliliśmy, że możliwy jest nadający się do zamieszkania egzamin na orbicie wokół Kepler-16b”, powiedział Quarles.
Zapytałem Quarlesa, jak ewolucja gwiazd wpływa na te Strefy Złotowłosa. Powiedział mi: „Jest wiele rzeczy do rozważenia w ciągu całego życia systemu. Jednym z nich jest rozwój gwiazdy w czasie. W większości przypadków strefa mieszkalna zaczyna się blisko, a następnie powoli odpływa. ”
Podczas życia głównego ciągu gwiazdy, jądrowe spalanie wodoru gromadzi hel w jego rdzeniu, powodując wzrost ciśnienia i temperatury. Dzieje się to szybciej w gwiazdach, które są bardziej masywne i mają mniej metaliczności. Zmiany te wpływają na zewnętrzne obszary gwiazdy, co powoduje stały wzrost jasności i efektywnej temperatury. Gwiazda staje się jaśniejsza, powodując, że HZ przesuwa się na zewnątrz. Ten ruch może spowodować, że planeta w strefie HZ na początku głównego ciągu życia gwiazdy stanie się zbyt gorąca, a ostatecznie nie nadawać się do zamieszkania. Podobnie niegościnna planeta pierwotnie poza HZ może się rozmrozić i umożliwić rozpoczęcie życia.
„W naszym badaniu zignorowaliśmy część ewolucji gwiazd” - powiedział główny autor Quarles. „Prowadziliśmy nasze modele przez milion lat, aby zobaczyć, gdzie znajduje się strefa mieszkalna dla tej części cyklu życia gwiazdy”.
Znajdowanie się w odpowiedniej odległości od gwiazdy jest tylko jednym z niezbędnych warunków niezbędnych do życia planety. Warunki mieszkaniowe na planecie wymagają różnych warunków geofizycznych i geochemicznych. Wiele czynników może zapobiegać lub utrudniać zamieszkanie. Na przykład na planecie może brakować wody, grawitacja może być zbyt słaba, aby zachować gęstą atmosferę, szybkość dużych uderzeń może być zbyt wysoka lub może brakować minimalnych składników niezbędnych do życia (wciąż do debaty).
Jedno jest jasne. Nawet pomimo wszystkich wymagań życia, jakie znamy, wydaje się, że wokół innych gwiazd jest mnóstwo planet i bardzo prawdopodobne, Księżyce Złotowłosa wokół planet, krążących w strefach nadających się do zamieszkania gwiazd w naszej galaktyce, że wykrywanie sygnatury życia w atmosferze planety lub księżyca wokół innego Słońca wydaje się teraz kwestią czasu.
