Parhaat kaupunginosat elämän aloittamiseen galaksissa | Quanta-lehti

Jotta planeetalla olisi elämää, ainakin sellaisena kuin me sen tunnemme, planeetan täytyy kiertää tähtiä, joka on suhteellisen rauhallinen ja vakaa. Planeetan kiertoradan on myös oltava lähes pyöreä, jotta planeetta kokee samanlaista lämpöä koko vuoden ajan. Ja se ei saa olla liian kuuma, jottei pintavesi haihtuisi pois; ei liian kylmää, jottei vesi jää jäähän; mutta juuri sopivasti, jotta joet ja meret pysyvät nesteinä.

Nämä ominaisuudet määrittelevät "asuttavan alueen" tähtien ympärille – houkuttelevia paikkoja, joihin kohdistaa etsiessään elämäystävällisiä eksoplaneettoja. Mutta tiedemiehet alistavat koko galaksin yhä useammin samanlaiselle tarkastelulle. Samalla tavalla kuin mantereilla, joilla on erilliset biosfäärit, on erilainen kasvisto ja eläimistö, galaksin eri alueilla voisi olla erilaisia ​​tähti- ja planeettapopulaatioita. Linnunradan myrskyisä historia tarkoittaa, että galaksin kaikki kulmat eivät ole samanlaisia ​​ja että vain jotkut galaktiset alueet saattavat olla juuri sopivia planeettojen tekemiseen, joiden uskomme olevan asuttuja.

Samalla kun eksoplaneettatutkijat hienosäätävät ideoitaan siitä, mistä muukalaiselämää etsiä, he harkitsevat nyt tähden alkuperää ja sen naapurustoa. Jesper Nielsen, tähtitieteilijä Kööpenhaminan yliopistosta. Uudet simulaatiot sekä planeettoja metsästävien ja miljoonia tähtiä tarkkailevien satelliittien havainnot antavat kuvan siitä, kuinka eri galaktiset naapurustot - ja ehkä jopa erilaiset galaksit - muodostavat planeettoja eri tavalla.

"Se puolestaan ​​voi auttaa meitä ymmärtämään paremmin, mihin kaukoputkemme suunnataan", Nielsen sanoi.

Galaktinen maantiede

Tänään Linnunrata on monimutkainen rakenne. Sen keskeistä supermassiivista mustaa aukkoa ympäröi ”pulloitus”, paksu tähtimassa, joka sisältää galaksin vanhimpia kansalaisia. Pullo on ympäröity "ohutlevyllä", rakenteella, jonka voit nähdä kiemurtelevan pään yläpuolella selkeänä, pimeänä yönä. Suurin osa tähdistä, mukaan lukien aurinko, löytyy ohuen kiekon kierteisistä käsivarsista, joita ympäröi leveämpi "paksu levy", joka sisältää vanhempia tähtiä. Ja diffuusi, enimmäkseen pallomainen pimeän aineen, kuuman kaasun ja joidenkin tähtien halo ympäröi koko arkkitehtuurin.

Ainakin kahden vuosikymmenen ajan tiedemiehet ovat pohtineet, vaihtelevatko asumisolosuhteet näiden rakenteiden välillä. Ensimmäinen galaktista asuttavuutta koskeva tutkimus on vuodelta 2004, jolloin australialaiset tiedemiehet Charles Lineweaver, Yeshe Fenner ja Brad Gibson mallinnut historiaa Linnunradan ja käytti sitä tutkiakseen, missä asumiskelpoisia vyöhykkeitä saattaa löytyä. He halusivat tietää, missä isäntätähdissä oli tarpeeksi raskaita alkuaineita (kuten hiiltä ja rautaa) kiviplaneettojen muodostamiseksi, mitkä tähdet olivat olleet olemassa tarpeeksi kauan monimutkaisen elämän kehittymiseen ja mitkä tähdet (ja kaikki kiertävät planeetat) olivat turvassa viereisiltä supernovoilta. He päätyivät määrittelemään "galaktisen asumisvyöhykkeen", donitsin muotoisen alueen, jonka reikä oli galaksin keskellä. Alueen sisäraja alkaa noin 22,000 29,000 valovuoden päässä galaktisesta keskustasta ja sen ulkoraja päättyy noin XNUMX XNUMX valovuoden päässä.

Kahden vuosikymmenen aikana tähtitieteilijät ovat yrittäneet määritellä tarkemmin muuttujat, jotka ohjaavat sekä tähtien että planeettojen kehitystä galaksissa. Kevin Schlaufman, tähtitieteilijä Johns Hopkinsin yliopistosta. Esimerkiksi, hän sanoi, että planeetat syntyvät pölyisissä kiekoissa, jotka ympäröivät vastasyntyneitä tähtiä, ja yksinkertaisesti sanottuna, jos "protoplaneettaisella levyllä on paljon materiaalia, joka voi tehdä kiviä, se tekee lisää planeettoja".

Jotkin galaksin alueet voivat olla tiheämmin kylvettyinä noilla planeettoja tekevillä ainesosilla kuin toiset, ja tutkijat pyrkivät nyt ymmärtämään, kuinka paljon galaktiset kaupunginosat vaikuttavat planeetoillaan.

Tässä ovat eksoplaneetat

Noin 4,000 XNUMX tunnetun eksoplaneetan joukossa on toistaiseksi vain vähän sääntöjä, jotka säätelevät, minkä tyyppiset planeetat asuvat missä; ei tähtijärjestelmiä näyttävät aivan omalta, ja useimmat eivät edes tee näyttävät paljon toisiltaan.

Nielsen ja hänen kollegansa halusivat tietää, voisivatko planeetat muodostua eri tavalla Linnunradan paksussa kiekossa, ohuessa kiekossa ja halossa. Yleensä ohutlevytähdet sisältävät enemmän raskaita elementtejä kuin paksulevyiset tähdet, mikä tarkoittaa, että ne ovat kasvaneet pilvistä, jotka saattavat sisältää myös enemmän planeettoja luovia ainesosia. Euroopan avaruusjärjestön tähtiä jäljittävästä Gaia-satelliitista saatujen tietojen perusteella Nielsen ja hänen kollegansa erottivat ensin tähdet tiettyjen alkuaineiden runsauden perusteella. Sitten he simuloivat planeettojen muodostumista näiden populaatioiden kesken.

Heidän simulaationsa, jonka he julkaisivat lokakuussa, osoittivat, että kaasujättiplaneetat ja supermaapallot – yleisin eksoplaneettatyyppi – kasvoivat runsaammin ohuessa levyssä, luultavasti siksi, että (kuten odotettiin) näillä tähdillä on enemmän rakennusmateriaalia työstettäväksi. He havaitsivat myös, että nuoremmat tähdet, joissa oli raskaampia elementtejä, yleensä isännöivät enemmän planeettoja ja että jättiläisplaneetat olivat yleisempiä kuin pienemmät planeetat. Sitä vastoin paksussa levyssä ja halossa kaasujättiläisiä ei ollut lähes ollenkaan.

Schlaufman, joka ei ollut mukana työssä, sanoi, että tulokset ovat järkeviä. Pölyn ja kaasun koostumus, josta tähdet syntyvät, on ratkaisevan tärkeää määritettäessä, rakentavatko tähdet planeettoja. Ja vaikka tämä kokoonpano saattaa vaihdella sijainnin mukaan, hän väitti, että vaikka sijainti voi asettaa vaiheen tähden maailmanrakentamiselle, se ei välttämättä ratkaise lopputulosta.

Nielsenin simulaatiot ovat teoreettisia, mutta jotkut viimeaikaiset havainnot tukevat hänen havaintojaan.

Kesäkuussa NASAn planeettoja etsivän Kepler-avaruusteleskoopin tietoja käyttävä tutkimus havaitsi, että Linnunradan ohuella kiekolla on tähdet. lisää planeettoja, erityisesti super-Maat ja Neptunuksen alikokoiset maailmat, kuin tähdet paksussa levyssä. Yksi selitys, sanoi Jessie Christiansen, eksoplaneetatieteilijä Kalifornian teknologiainstituutista ja tutkimuksen toinen kirjoittaja, kertoo, että vanhat paksulevyiset tähdet ovat saattaneet syntyä, kun planeettoja luovia ainesosia oli vähän, ennen kuin sukupolvet kuolevia tähtiä kylväivät kosmoksen rakennuksen mukana. maailmojen lohkot. Tai ehkä paksulevyiset tähdet syntyivät tiheissä, korkean säteilyn ympäristöissä, joissa turbulenssi estää vauvaplaneettoja sulautumasta lainkaan yhteen.

Planeetat voivat pärjätä paremmin avoimilla alueilla, kuten esikaupungeissa, tiheästi asuttujen "kaupunkialueiden" sijaan, Christiansen sanoi. Aurinkomme on sellaisella harvaan asutulla esikaupunkialueella.

Muut maapallot

Christiansenin tutkimukset ja Nielsenin simulaatiot ovat ensimmäisten joukossa, jotka tutkivat planeettojen esiintymistä galaktisen naapuruston funktiona; Vedant Chandra, tähtitieteilijä Harvard-Smithsonian Center for Astrophysicsissä, valmistautuu ottamaan askeleen pidemmälle ja tutkimaan, olisiko planeettojen muodostuminen voinut olla erilaista joissakin galakseissa, joita Linnunrata kulutti kasvaessaan. Jatkossa Nielsen toivoo, että hienosäädetyt tutkimukset ja instrumentit, kuten NASA:n tuleva Nancy Gracen roomalainen avaruusteleskooppi, auttavat meitä ymmärtämään planeettojen muodostumista samalla tavalla kuin väestötieteilijät ymmärtävät populaatioita. Voimmeko ennustaa minkä tyyppiset tähdet isännöivät minkä tyyppisiä planeettoja? Muodostuvatko maapallot todennäköisemmin tietyille alueille? Ja jos tiedämme, mistä etsiä, löydämmekö jotain, joka katsoo takaisin meihin?

Tiedämme, että elämme asuttavalla alueella, maailmassa, joka kiertää hiljaista tähteä. Mutta kuinka elämä sai alkunsa maan päällä, milloin ja miksi, on suurin kysymys millä tahansa tieteenalalla. Ehkä tutkijoiden pitäisi myös pohtia tähtemme alkuperätarinaa ja jopa niiden tähtien esivanhempia, jotka muovasivat Linnunradan kulmaamme miljardeja vuosia sitten.

"Oliko elämä maan päällä väistämätöntä? Oliko se erikoista?" Chandra kysyi. "Vasta kun alkaa saada tämä globaali kuva... voit alkaa vastata sellaisiin kysymyksiin."