Parimad linnaosad galaktikas elu alustamiseks | Ajakiri Quanta

Elu, vähemalt sellisena, nagu me seda teame, varjamiseks peab planeet tiirlema ​​ümber suhteliselt rahuliku ja stabiilse tähe. Planeedi orbiit peab samuti olema peaaegu ringikujuline, et planeedil oleks aastaringselt sarnane soojus. Ja see ei tohi olla liiga kuum, et pinnavesi ära ei keeks; mitte liiga külm, et vesi jäässe ei jääks; aga täpselt nii, et jõed ja mered vedelaks jääksid.

Need omadused määravad tähtede ümber "elamiskõlbliku tsooni" - ahvatlevad kohad, mida sihtida elusõbralike eksoplaneetide otsimisel. Kuid teadlased alluvad üha enam samasugusele kontrollile kogu galaktikat. Samamoodi nagu erinevate biosfääridega mandritel on erinev taimestik ja loomastik, võivad galaktika erinevad piirkonnad sisaldada erinevaid tähtede ja planeetide populatsioone. Linnutee tormiline ajalugu tähendab, et kõik galaktika nurgad ei ole ühesugused ja et ainult mõned galaktika piirkonnad võivad olla just sobivad planeetide loomiseks, mida meie arvates võiks asustada.

Sel ajal, kui eksoplaneetide teadlased viimistlevad oma ideid selle kohta, kust tulnukate elu otsida, kaaluvad nad nüüd tähe päritolu ja selle naabruskonda. Jesper Nielsen, Kopenhaageni ülikooli astronoom. Uued simulatsioonid koos vaatlustega satelliitidelt, mis jahtivad planeete ja jälgivad miljoneid tähti, annavad pildi sellest, kuidas erinevad galaktikad - ja võib-olla isegi erinevad galaktikad - moodustavad planeete erinevalt.

"See omakorda võib aidata meil paremini mõista, kuhu oma teleskoobid suunata," ütles Nielsen.

Galaktiline geograafia

Tänapäeval Linnutee on keerulise struktuuriga. Selle keskmist ülimassiivset musta auku ümbritseb "punn", paks tähtede mass, mis sisaldab galaktika kõige vanemaid elanikke. Mõhk on ümbritsetud "õhukese kettaga" - struktuuriga, mida näete selgel ja pimedal ööl pea kohal looklemas. Enamik tähti, sealhulgas päike, asuvad õhukese ketta spiraalsetes harudes, mida ümbritseb laiem "paks ketas", mis sisaldab vanemaid tähti. Ja hajus, enamasti tumeainest, kuumast gaasist ja mõnest tähest koosnev sfääriline halo ümbritseb kogu arhitektuuri.

Vähemalt kaks aastakümmet on teadlased mõelnud, kas elamiskõlblikud tingimused on nende struktuuride vahel erinevad. Esimene galaktiliste elamiskõlblikkuse uuring pärineb aastast 2004, mil Austraalia teadlased Charles Lineweaver, Yeshe Fenner ja Brad Gibson modelleeris ajalugu Linnuteest ja kasutas seda elamiskõlblike tsoonide leidmiseks. Nad tahtsid teada, millistel peremeestähtedel on kiviste planeetide moodustamiseks piisavalt raskeid elemente (nagu süsinik ja raud), millised tähed olid keerulise elu tekkeks piisavalt kaua eksisteerinud ja millised tähed (ja kõik tiirlevad planeedid) on naabruses asuvate supernoovade eest kaitstud. Nad määrasid lõpuks galaktika elamiskõlbliku tsooni, sõõrikukujulise piirkonna, mille auk oli galaktika keskel. Piirkonna sisepiir algab umbes 22,000 29,000 valgusaasta kaugusel galaktika keskmest ja selle välispiir lõpeb umbes XNUMX XNUMX valgusaasta kaugusel.

Kahe aastakümne jooksul on astronoomid püüdnud täpsemalt määratleda muutujaid, mis kontrollivad nii tähtede kui ka planeetide arengut galaktikas. Kevin Schlaufman, Johns Hopkinsi ülikooli astronoom. Näiteks, ütles ta, et planeedid sünnivad tolmustes ketastes, mis ümbritsevad vastsündinud tähti, ja lihtsamalt öeldes, kui "protoplanetaarsel kettal on palju materjali, mis võib kivimeid toota, siis see tekitab rohkem planeete."

Mõned galaktika piirkonnad võivad olla nende planeete loovate koostisosadega tihedamalt külvatud kui teised ja teadlased töötavad praegu selle nimel, et mõista, kui palju galaktika naabruskonnad mõjutavad planeete, kus nad asuvad.

Siin on eksoplaneedid

Umbes 4,000 teadaoleva eksoplaneedi hulgas on seni vähe reegleid, mis reguleerivad, millist tüüpi planeedid kus elavad; tähesüsteeme pole näevad välja nagu meie omad, ja enamik neist isegi mitte näevad üksteise moodi välja.

Nielsen ja tema kolleegid tahtsid teada, kas Linnutee paksus, õhukeses kettas ja halos võivad planeedid tekkida erinevalt. Üldiselt sisaldavad õhukese kettaga tähed rohkem raskeid elemente kui paksukettaga tähed, mis tähendab, et nad kasvasid välja pilvedest, mis võivad sisaldada ka rohkem planeeti loovaid koostisosi. Kasutades Euroopa Kosmoseagentuuri tähtede jälgimise Gaia satelliidi andmeid, eraldasid Nielsen ja tema kolleegid kõigepealt tähed nende teatud elementide rohkuse alusel. Seejärel simuleerisid nad planeedi moodustumist nende populatsioonide seas.

Nende simulatsioonid, mille nad avaldasid oktoobris, näitasid, et gaasilised hiiglaslikud planeedid ja super-Maad, mis on kõige levinum eksoplaneetide tüüp, kasvasid õhukeses kettas rikkalikumalt, tõenäoliselt seetõttu, et (nagu oodati) on neil tähtedel töötamiseks rohkem ehitusmaterjale. Samuti leidsid nad, et raskemate elementidega nooremad tähed kaldusid üldiselt vastu võtma rohkem planeete ja et hiiglaslikud planeedid olid tavalisemad kui väiksemad planeedid. Seevastu gaasihiiglased paksus kettas ja halos peaaegu puudusid.

Schlaufman, kes tööga ei osalenud, ütles, et tulemused on mõistlikud. Tolmu ja gaasi koostis, millest tähed sünnivad, on otsustava tähtsusega, et teha kindlaks, kas tähed ehitavad planeete. Ja kuigi see koosseis võib olenevalt asukohast erineda, väitis ta, et kuigi asukoht võib panna aluse staari maailma ülesehitamisele, ei pruugi see määrata lõpptulemust.

Nielseni simulatsioonid on teoreetilised, kuid mõned hiljutised tähelepanekud toetavad tema järeldusi.

Juunis tehti NASA planeete jahtiva Kepleri kosmoseteleskoobi andmete põhjal tehtud uuring, mis leidis, et Linnutee õhukese ketta tähtedel on rohkem planeete, eriti super-Maad ja Sub-Neptuuni-suurused maailmad, kui tähed paksus kettas. Üks seletus, ütles Jessie Christiansen, California Tehnoloogiainstituudi eksoplaneediteadlane ja uuringu kaasautor, arvab, et vanad paksu kettaga tähed võisid sündida siis, kui planeeti loovaid koostisosi oli vähe, enne kui surevate tähtede põlvkondi selle hoonega kosmosesse külvasid. maailmade plokid. Või äkki sündisid paksu kettaga tähed tihedas ja suure kiirgusega keskkondades, kus turbulents ei lase beebiplaneetidel üldse ühineda.

Christiansen ütles, et planeetidel võib paremini minna avatud aladel, nagu äärelinnad, mitte tihedalt asustatud linnapiirkondades. Meie päike on ühes sellises hõredalt asustatud eeslinnavööndis.

Teised Maad

Christianseni uuringud ja Nielseni simulatsioonid on esimeste seas, kes uurivad planeetide esinemist galaktilise naabruskonna funktsioonina; Vedant Chandra, Harvard-Smithsoniani astrofüüsika keskuse astronoom, valmistub astuma sammu kaugemale ja uurima, kas planeetide moodustumine võis olla erinev mõnes galaktikas, mida Linnutee kasvades tarbis. Tulevikus loodab Nielsen, et peenhäälestatud uuringud ja instrumendid, nagu NASA tulevane Nancy Grace'i Rooma kosmoseteleskoop, aitavad meil mõista planeetide teket samamoodi, nagu demograafid mõistavad populatsioone. Kas me saame ennustada, mis tüüpi tähed millist tüüpi planeete majutavad? Kas Maad tekivad tõenäolisemalt teatud naabruskondades? Ja kui me teame, kust otsida, kas leiame midagi, mis vaatab meile tagasi?

Teame, et elame elamiskõlblikus tsoonis, maailmas, mis tiirleb ümber vaikse tähe. Kuid kuidas elu Maal alguse sai ning millal ja miks, on igas teadusvaldkonnas suurim küsimus. Võib-olla peaksid teadlased mõtlema ka meie tähe tekkeloole ja isegi nende tähtede esivanematele, kes miljardeid aastaid tagasi kujundasid meie Linnutee nurga.

„Kas elu Maal oli vältimatu? Kas see oli eriline?" küsis Chandra. "Alles siis, kui teil hakkab selline globaalne pilt tekkima, saate sellistele küsimustele vastata."