بهترین محله ها برای شروع زندگی در کهکشان | مجله کوانتا

برای پناه دادن به حیات، حداقل آن گونه که ما می دانیم، یک سیاره باید به دور ستاره ای بچرخد که نسبتاً آرام و پایدار است. مدار سیاره نیز باید تقریبا دایره ای باشد تا سیاره در طول سال گرمای مشابهی را تجربه کند. و نباید خیلی داغ باشد، مبادا آب سطحی جوش بیاید. خیلی سرد نباشد، مبادا آن آب در یخ قفل شود. اما درست است، به طوری که رودخانه ها و دریاها مایع باقی می مانند.

این ویژگی‌ها یک «منطقه قابل سکونت» در اطراف ستارگان را تعریف می‌کنند - مکان‌هایی وسوسه‌انگیز برای هدف قرار دادن در جستجوی سیارات فراخورشیدی دوست‌دار حیات. اما دانشمندان به طور فزاینده ای کل کهکشان را در معرض بررسی های مشابه قرار می دهند. همانطور که قاره هایی با زیست کره های متمایز میزبان گیاهان و جانوران متمایز هستند، مناطق مختلف کهکشان می توانند جمعیت های مختلفی از ستارگان و سیارات را در خود جای دهند. تاریخ پرتلاطم کهکشان راه شیری به این معنی است که همه گوشه های کهکشان یکسان نیستند، و تنها برخی از مناطق کهکشانی ممکن است برای ساختن سیاراتی که ما فکر می کنیم قابل سکونت هستند، مناسب باشند.

همانطور که دانشمندان سیارات فراخورشیدی ایده های خود را در مورد مکان جستجوی حیات بیگانه تنظیم می کنند، اکنون در حال بررسی منشا یک ستاره و همسایگی آن هستند. جسپر نیلسن، ستاره شناس دانشگاه کپنهاگ. شبیه‌سازی‌های جدید، همراه با مشاهدات ماهواره‌هایی که سیاره‌ها را شکار می‌کنند و میلیون‌ها ستاره را رصد می‌کنند، تصویری از نحوه شکل‌گیری سیارات در محله‌های کهکشانی مختلف - و شاید حتی کهکشان‌های مختلف - به تصویر می‌کشند.

نیلسن گفت: «این به نوبه خود می‌تواند به ما کمک کند تا بهتر بفهمیم تلسکوپ‌هایمان را به کجا ببریم».

جغرافیای کهکشانی

امروز کهکشان راه شیری ساختار پیچیده ای دارد. سیاهچاله ی مرکزی آن توسط "برآمدگی" احاطه شده است، توده ی ضخیمی از ستاره ها که شامل برخی از مسن ترین شهروندان کهکشان است. برآمدگی توسط "دیسک نازک" محصور شده است، ساختاری که می توانید در یک شب روشن و تاریک در بالای سر خود مشاهده کنید. بیشتر ستارگان، از جمله خورشید، در بازوهای مارپیچی قرص نازک یافت می‌شوند که توسط یک «دیسک ضخیم» وسیع‌تر شامل ستاره‌های قدیمی‌تر در آغوش گرفته شده‌اند. و هاله ای پراکنده و عمدتا کروی از ماده تاریک، گاز داغ و برخی ستاره ها کل معماری را در بر گرفته است.

برای حداقل دو دهه، دانشمندان به این فکر می‌کردند که آیا شرایط قابل سکونت در بین این ساختارها متفاوت است یا خیر. اولین مطالعه در مورد قابلیت سکونت کهکشانی به سال 2004 برمی گردد، زمانی که دانشمندان استرالیایی چارلز لینویور، یش فنر و برد گیبسون تاریخ را الگوبرداری کرد کهکشان راه شیری و از آن برای مطالعه مناطق قابل سکونت استفاده کرد. آنها می خواستند بدانند کدام ستاره های میزبان دارای عناصر سنگین (مانند کربن و آهن) کافی برای تشکیل سیارات سنگی هستند، کدام ستاره ها به اندازه کافی در اطراف بوده اند تا حیات پیچیده تکامل یابد، و کدام ستاره ها (و هر سیاره ای که به دور خود می چرخند) از ابرنواخترهای همسایه در امان هستند. آنها در نهایت یک "منطقه قابل سکونت کهکشانی" را تعریف کردند، منطقه ای به شکل دونات با سوراخ در مرکز کهکشان. مرز داخلی این منطقه حدود 22,000 سال نوری از مرکز کهکشان شروع می شود و مرز بیرونی آن در فاصله 29,000 سال نوری از ما به پایان می رسد.

در دو دهه پس از آن، ستاره شناسان تلاش کرده اند تا متغیرهایی را که هم تکامل ستاره ها و هم سیاره ها را در کهکشان کنترل می کنند، با دقت بیشتری تعریف کنند. کوین شلافمن، ستاره شناس دانشگاه جان هاپکینز. به عنوان مثال، او گفت، سیارات در قرص های غبارآلود متولد می شوند که ستاره های تازه متولد شده را احاطه کرده اند، و به بیان ساده، اگر "یک قرص پیش سیاره ای مواد زیادی داشته باشد که می تواند سنگ بسازد، سیارات بیشتری می سازد."

برخی از مناطق کهکشان ممکن است تراکم تر از سایرین با این مواد تشکیل دهنده سیاره وجود داشته باشند، و دانشمندان اکنون در تلاش هستند تا بفهمند همسایه های کهکشانی چقدر بر سیاراتی که در آنها پناه می گیرند، تأثیر می گذارد.

در اینجا سیارات فراخورشیدی باشید

در میان تقریباً 4,000 سیاره فراخورشیدی شناخته شده، تا کنون قوانین کمی وجود دارد که تعیین می کند کدام نوع سیاره در کجا زندگی می کند. بدون سیستم ستاره ای کاملا شبیه خودمان است، و اکثر آنها حتی این کار را نمی کنند خیلی شبیه همدیگر هستند.

نیلسن و همکارانش می خواستند بدانند که آیا سیارات ممکن است در قرص ضخیم، قرص نازک و هاله کهکشان راه شیری متفاوت شکل بگیرند. به طور کلی، ستارگان دیسک نازک حاوی عناصر سنگین تری نسبت به ستارگان دیسک ضخیم هستند، به این معنی که آنها از ابرهایی که ممکن است حاوی مواد سیاره ساز بیشتری نیز باشند، رشد کرده اند. نیلسن و همکارانش با استفاده از داده های ماهواره ردیابی ستاره گایا آژانس فضایی اروپا، ابتدا ستاره ها را بر اساس فراوانی عناصر خاص جدا کردند. سپس شکل‌گیری سیاره را در میان آن جمعیت‌ها شبیه‌سازی کردند.

شبیه سازی های آنهاکه آنها در ماه اکتبر منتشر کردند، نشان داد که سیارات غول پیکر گازی و ابرزمین ها - رایج ترین نوع سیاره فراخورشیدی - به میزان بیشتری در قرص نازک رشد کردند، احتمالاً به این دلیل که (همانطور که انتظار می رفت) آن ستارگان مواد ساختمانی بیشتری برای کار کردن دارند. آنها همچنین دریافتند که ستاره‌های جوان‌تر با عناصر سنگین‌تر تمایل به میزبانی سیارات بیشتری دارند و سیارات غول‌پیکر بیشتر از سیارات کوچک‌تر هستند. برعکس، غول های گازی تقریباً در دیسک ضخیم و هاله وجود نداشتند.

شلافمن، که در این کار دخالتی نداشت، گفت که نتایج منطقی است. ترکیب غبار و گازی که ستارگان از آن متولد می شوند برای تعیین اینکه آیا ستارگان سیاره می سازند یا خیر بسیار مهم است. و اگرچه این ترکیب ممکن است با موقعیت مکانی متفاوت باشد، او استدلال کرد که اگرچه مکان ممکن است زمینه را برای ساختن جهان یک ستاره فراهم کند، اما ممکن است نتیجه نهایی را تعیین نکند.

شبیه‌سازی‌های نیلسن تئوری هستند، اما برخی از مشاهدات اخیر یافته‌های او را تایید می‌کنند.

در ماه ژوئن، مطالعه‌ای با استفاده از داده‌های تلسکوپ فضایی کپلر ناسا نشان داد که ستارگان در قرص نازک کهکشان راه شیری سیاره های بیشتربه خصوص جهان‌های فوق‌زمینی و زیر نپتون، نسبت به ستاره‌های موجود در قرص ضخیم. یک توضیح، گفت جسی کریستینسندانشمند سیارات فراخورشیدی در مؤسسه فناوری کالیفرنیا و یکی از نویسندگان این مطالعه، معتقد است که ستارگان قدیمی و دیسک ضخیم ممکن است زمانی به دنیا بیایند که مواد سازنده سیاره‌ها کم بوده‌اند، قبل از اینکه نسل‌ها ستاره‌های در حال مرگ، کیهان را با ساختمان بکارند. بلوک های جهان یا شاید ستارگان دیسک ضخیم در محیط‌های متراکم و پر تابش متولد شده‌اند که تلاطم مانع از ادغام سیارات نوزاد می‌شود.

کریستینسن گفت، سیارات ممکن است در مناطق باز، مانند حومه شهر، به جای مناطق پرجمعیت «شهری» بهتر عمل کنند. خورشید ما در یکی از مناطق کم جمعیت حومه شهر قرار دارد.

زمینهای دیگر

بررسی‌های کریستینسن و شبیه‌سازی‌های نیلسن از اولین مواردی هستند که وقوع سیاره را به عنوان تابعی از همسایگی کهکشانی مورد مطالعه قرار دادند. چاندرا ودانیک ستاره شناس در مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونیان، در حال آماده شدن برای رفتن یک گام فراتر است و بررسی می کند که آیا شکل گیری سیاره ممکن است در برخی از کهکشان هایی که کهکشان راه شیری مصرف می کند، متفاوت بوده باشد. در آینده، نیلسن امیدوار است که بررسی‌ها و ابزارهای دقیقی مانند تلسکوپ فضایی رومی نانسی گریس ناسا به ما کمک کند شکل‌گیری سیاره را به همان روشی که جمعیت شناسان جمعیت را درک می‌کنند، درک کنیم. آیا می‌توانیم پیش‌بینی کنیم که چه نوع ستاره‌هایی میزبان کدام نوع سیارات خواهند بود؟ آیا احتمال تشکیل زمین در محله های خاص بیشتر است؟ و اگر بدانیم کجا را باید جستجو کنیم، آیا چیزی پیدا خواهیم کرد که به ما نگاه می کند؟

ما می دانیم که در یک منطقه قابل سکونت زندگی می کنیم، در جهانی که به دور یک ستاره آرام می چرخد. اما چگونگی شروع زندگی بر روی زمین، و کی و چرا، بزرگترین سوال در هر زمینه علمی است. شاید دانشمندان همچنین باید به داستان منشأ ستاره ما و حتی اجداد ستاره‌ای که میلیاردها سال پیش گوشه‌ای از کهکشان راه شیری ما را شکل دادند، فکر کنند.

«آیا زندگی روی زمین اجتناب ناپذیر بود؟ خاص بود؟» چاندرا پرسید. "فقط زمانی که شروع به داشتن این تصویر جهانی کردید ... می توانید به سوالاتی از این دست پاسخ دهید."