A legjobb környékek életkezdéshez a galaxisban | Quanta Magazin

Ahhoz, hogy az életet – legalábbis úgy, ahogyan ismerjük – egy bolygónak egy viszonylag nyugodt és stabil csillag körül kell keringenie. A bolygó pályájának közel kör alakúnak kell lennie, hogy a bolygó egész évben hasonló meleget tapasztaljon. És nem lehet túl forró, nehogy a felszíni víz kiforrjon; ne legyen túl hideg, nehogy a víz jégbe zárva maradjon; de pont úgy, hogy a folyók és tengerek folyékonyak maradjanak.

Ezek a jellemzők egy „lakható zónát” határoznak meg a csillagok körül – csábító helyek, amelyeket megcélozhat az életbarát exobolygók keresése során. De a tudósok egyre inkább az egész galaxist hasonló vizsgálatnak vetik alá. Ugyanúgy, ahogy az eltérő bioszférával rendelkező kontinensek eltérő növény- és állatvilággal rendelkeznek, a galaxis különböző régiói különböző csillag- és bolygópopulációkat hordozhatnak. A Tejútrendszer viharos története azt jelenti, hogy a galaxis nem minden sarka egyforma, és csak néhány galaktikus régió alkalmas arra, hogy olyan bolygókat hozzanak létre, amelyekről azt gondoljuk, hogy lakhatóak lennének.

Miközben az exobolygó tudósai finomítják elképzeléseiket arról, hol keressenek idegen életet, most egy csillag eredetén és szomszédságán gondolkodnak. Jesper Nielsen, a Koppenhágai Egyetem csillagásza. Az új szimulációk, valamint a bolygókra vadászó és csillagok millióit figyelő műholdak megfigyelései képet adnak arról, hogy a különböző galaktikus környékek – és talán még a különböző galaxisok is – eltérő módon alkotnak bolygókat.

"Ez viszont segíthet abban, hogy jobban megértsük, hová kell irányítani a távcsöveinket" - mondta Nielsen.

Galaktikus Földrajz

Ma a Tejút bonyolult szerkezetű. Központi szupermasszív fekete lyukát a „domborulat” veszi körül, egy vastag csillagtömeg, amely a galaxis legidősebb polgárait tartalmazza. A domborulatot a „vékony korong” veszi körül, az a szerkezet, amely egy tiszta, sötét éjszakán kanyarog a feje fölött. A legtöbb csillag, beleértve a Napot is, a vékony korong spirális karjaiban található, amelyeket egy szélesebb, régebbi csillagokat tartalmazó „vastag korong” ölel át. És egy diffúz, többnyire gömb alakú sötét anyagból, forró gázból és néhány csillagból álló haló borítja be az egész építészetet.

A tudósok legalább két évtizede azon töprengtek, hogy a lakható körülmények változnak-e ezekben a struktúrákban. A galaktikus lakhatósággal kapcsolatos első tanulmány 2004-re datálható, amikor Charles Lineweaver, Yeshe Fenner és Brad Gibson ausztrál tudósok. modellezte a történelmet a Tejútrendszerről, és arra használta, hogy tanulmányozza, hol találhatók lakható zónák. Azt akarták tudni, hogy mely gazdacsillagokban van elég nehéz elem (például szén és vas) ahhoz, hogy sziklás bolygókat alkossanak, mely csillagok léteztek elég régóta ahhoz, hogy komplex élet alakuljon ki, és mely csillagok (és a keringő bolygók) vannak biztonságban a szomszédos szupernóváktól. Végül meghatároztak egy „galaktikus lakható zónát”, egy fánk alakú régiót, ahol a lyuk a galaxis közepén van. A régió belső határa körülbelül 22,000 29,000 fényévre kezdődik a galaktikus központtól, a külső határa pedig körülbelül XNUMX XNUMX fényévnyire ér véget.

Az azóta eltelt két évtizedben a csillagászok megpróbálták pontosabban meghatározni azokat a változókat, amelyek mind a csillagok, mind a bolygók evolúcióját szabályozzák a galaxison belül. Kevin Schlaufman, a Johns Hopkins Egyetem csillagásza. Például azt mondta, hogy a bolygók poros korongokban születnek, amelyek az újszülött csillagokat veszik körül, és leegyszerűsítve, ha „egy protoplanetáris korongban sok olyan anyag van, amely kőzeteket tud készíteni, akkor több bolygó lesz belőle”.

A galaxis egyes régiói sűrűbben be vannak vetve ezekkel a bolygóalkotó összetevőkkel, mint mások, és a tudósok most azon dolgoznak, hogy megértsék, a galaktikus környékek mekkora hatást gyakorolnak az általuk rejtett bolygókra.

Itt legyenek az exobolygók

A nagyjából 4,000 ismert exobolygó között egyelőre kevés szabály szabályozza, hogy milyen típusú bolygók hol élnek; nincsenek csillagrendszerek úgy néz ki, mint a sajátunk, és a legtöbben még csak nem is nagyon hasonlítanak egymásra.

Nielsen és kollégái azt akarták tudni, hogy a Tejútrendszer vastag korongjában, vékony korongjában és fényudvarában eltérően alakulhatnak-e ki a bolygók. Általában a vékony korongú csillagok több nehéz elemet tartalmaznak, mint a vastag korongú csillagok, ami azt jelenti, hogy felhőkből nőttek ki, amelyek több bolygóalkotó összetevőt is tartalmazhatnak. Az Európai Űrügynökség csillagkövető Gaia műholdjának adatait felhasználva Nielsen és munkatársai először különítették el a csillagokat bizonyos elemek bősége alapján. Aztán szimulálták a bolygóképződést ezen populációk között.

A szimulációikOktóberben publikált, és kimutatta, hogy a gázóriásbolygók és a szuperföldek – az exobolygó legelterjedtebb típusa – gyakrabban nőttek a vékony korongban, valószínűleg azért, mert (amint az várható volt) ezeknek a csillagoknak több építőanyaguk van a munkához. Azt is megállapították, hogy a nehezebb elemekkel rendelkező fiatalabb csillagok általában több bolygót tartalmaznak, és az óriásbolygók gyakoribbak, mint a kisebb bolygók. Ezzel szemben a gázóriások szinte nem léteztek a vastag korongban és a fényudvarban.

Schlaufman, aki nem vett részt a munkában, azt mondta, hogy az eredményeknek van értelme. Annak a pornak és gáznak az összetétele, amelyből a csillagok születnek, döntő fontosságú annak eldöntésében, hogy a csillagok építenek-e bolygókat. És bár ez a kompozíció a helyszíntől függően változhat, azzal érvelt, hogy bár a helyszín megadhatja a terepet egy sztár világépítéséhez, nem biztos, hogy meghatározza a végső eredményt.

Nielsen szimulációi elméletiek, de néhány újabb megfigyelés alátámasztja megállapításait.

Júniusban a NASA bolygóvadász Kepler űrteleszkópjának adatait használó tanulmány megállapította, hogy a Tejútrendszer vékony korongjában lévő csillagok több bolygó, különösen a szuperföldek és a Neptunusz alatti világok, mint a csillagok a vastag korongban. Egy magyarázat, mondta Jessie Christiansen, a California Institute of Technology exobolygó tudósa és a tanulmány társszerzője szerint régi, vastag korongú csillagok születhettek akkor, amikor a bolygóalkotó összetevők ritkák voltak, mielőtt haldokló csillagok nemzedékei beágyazták volna a kozmoszba az épületet. világok blokkjai. Vagy lehet, hogy a vastag korongú csillagok sűrű, nagy sugárzású környezetben születtek, ahol a turbulencia megakadályozza, hogy a bababolygók összeolvadjanak.

Christiansen szerint a bolygók jobban boldogulhatnak a nyílt területeken, például a külvárosokban, a sűrűn lakott „városi” területek helyett. Napunk egy ilyen ritkán lakott külvárosi zónában van.

Más Földek

Christiansen felmérései és Nielsen szimulációi az elsők között vizsgálják a bolygó előfordulását a galaktikus szomszédság függvényében; Vedant Chandra, a Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics csillagásza arra készül, hogy egy lépéssel tovább menjen, és megvizsgálja, vajon a bolygóképződés más volt-e néhány galaxisban, amelyet a Tejút felemésztett növekedése során. A jövőben Nielsen reméli, hogy a finomhangolt felmérések és eszközök, mint például a NASA közelgő Nancy Grace római űrteleszkópja, segítenek megérteni a bolygóképződést, ahogyan a demográfusok a populációkat. Megjósolhatjuk-e, hogy milyen típusú csillagok milyen típusú bolygóknak adnak otthont? Valószínűbb, hogy bizonyos környékeken Földek keletkeznek? És ha tudjuk, hol keressünk, találunk-e valamit, ami visszanéz ránk?

Tudjuk, hogy lakható zónában élünk, egy csendes csillag körül keringő világban. De az, hogy az élet hogyan kezdődött a Földön, mikor és miért, a legnagyobb kérdés minden tudományterületen. Talán a tudósoknak is el kellene gondolkodniuk csillagunk eredettörténetén, sőt azon csillag-ősökén is, akik évmilliárdokkal ezelőtt formálták a Tejútrendszer sarkát.

„Elkerülhetetlen volt az élet a Földön? Különleges volt?” – kérdezte Chandra. „Csak ha egyszer kialakul ez a globális kép… akkor kezdhet el válaszolni az ilyen kérdésekre.”