השכונות הטובות ביותר להתחיל חיים בגלקסיה | מגזין קוונטה

כדי להכיל חיים, לפחות כפי שאנו מכירים אותם, כוכב לכת חייב להקיף כוכב שהוא יחסית רגוע ויציב. מסלולו של כוכב הלכת חייב להיות גם כמעט מעגלי, כך שהכוכב חווה חום דומה לאורך כל השנה שלו. ואסור שיהיה חם מדי, שמא ירתחו מים עיליים; לא קר מדי, שמא המים האלה יישארו כלואים בקרח; אבל בדיוק, כדי שנהרות וימים יישארו נוזליים.

מאפיינים אלה מגדירים "אזור ראוי למגורים" מסביב לכוכבים - מקומות מעוררי גירוי למיקוד בחיפוש אחר כוכבי לכת חיצוניים ידידותיים לחיים. אבל מדענים מעבירים יותר ויותר את הגלקסיה כולה לבדיקה דומה. באותו האופן שבו יבשות עם ביוספרות שונות מארחות צמחייה ובעלי חיים שונים, אזורים שונים של הגלקסיה יכולים להכיל אוכלוסיות שונות של כוכבים וכוכבי לכת. ההיסטוריה הסוערת של שביל החלב פירושה שלא כל פינות הגלקסיה זהות, ושרק חלק מהאזורים הגלקטיים עשויים להתאים בדיוק ליצירת כוכבי לכת שאנו חושבים שיכולים להיות מיושבים.

בעוד מדענים אקסופלנטים מכווננים את רעיונותיהם לגבי היכן לחפש חיים חייזרים, הם שוקלים כעת את מקורו של כוכב ושכונתו, אמרו. ג'ספר נילסן, אסטרונום באוניברסיטת קופנהגן. סימולציות חדשות, יחד עם תצפיות מלוויינים שמחפשים כוכבי לכת ומנטרים מיליוני כוכבים, מציירות תמונה של האופן שבו שכונות גלקטיות שונות - ואולי אפילו גלקסיות שונות - יוצרות כוכבי לכת בצורה שונה.

"זה, בתורו, יכול לעזור לנו להבין טוב יותר לאן לכוון את הטלסקופים שלנו", אמר נילסן.

גאוגרפיה גלקטית

היום, שביל החלב בעל מבנה מסובך. החור השחור העל-מסיבי המרכזי שלו מוקף ב"בליטה", מסה עבה של כוכבים המכילה כמה מהאזרחים הוותיקים ביותר בגלקסיה. הבליטה עטופה על ידי "הדיסקה הדקה", המבנה שאתה יכול לראות מתפתל מעל הראש בלילה בהיר וחשוך. רוב הכוכבים, כולל השמש, נמצאים בזרועות הספירליות של הדיסקה הדקה, אשר מחובקות על ידי "דיסקה עבה" רחבה יותר המכילה כוכבים ישנים יותר. והילה מפוזרת, כדורית ברובה, של חומר אפל, גז חם וכמה כוכבים עוטפת את כל האדריכלות.

במשך שני עשורים לפחות, מדענים תהו האם תנאי המגורים משתנים בין אותם מבנים. המחקר הראשון על יכולת המגורים הגלקטית מתוארך לשנת 2004, כאשר המדענים האוסטרלים צ'ארלס לינווויבר, ישה פנר ובראד גיבסון עיצב את ההיסטוריה של שביל החלב והשתמש בו כדי לחקור היכן ניתן למצוא אזורים ראויים למגורים. הם רצו לדעת באילו כוכבים מארח יש מספיק יסודות כבדים (כמו פחמן וברזל) כדי ליצור כוכבי לכת סלעיים, אילו כוכבים היו בסביבה מספיק זמן כדי שהחיים המורכבים יתפתחו, ואילו כוכבים (וכל כוכבי לכת הסובבים) בטוחים מפני סופרנובות שכנות. בסופו של דבר הם הגדירו "אזור מגורים גלקטי", אזור בצורת סופגנייה כשהחור במרכז הגלקסיה. הגבול הפנימי של האזור מתחיל כ-22,000 שנות אור מהמרכז הגלקטי, והגבול החיצוני שלו מסתיים כ-29,000 שנות אור בחוץ.

בשני העשורים שחלפו מאז, אסטרונומים ניסו להגדיר בצורה מדויקת יותר את המשתנים השולטים בהתפתחות הכוכבים והכוכבים בתוך הגלקסיה. קווין שלאומן, אסטרונום באוניברסיטת ג'ונס הופקינס. לדוגמה, הוא אמר, כוכבי לכת נולדים בדיסקות מאובקות המקיפות כוכבים שזה עתה נולדו, ואם "בדיסק פרוטו-פלנטרי יש הרבה חומר שיכול ליצור סלעים, אז היא תיצור יותר כוכבי לכת".

אזורים מסוימים של הגלקסיה עשויים להיות צפופים יותר עם אותם מרכיבים לייצור כוכבי לכת מאשר אחרים, ומדענים עובדים כעת כדי להבין עד כמה שכונות גלקטיות משפיעות על כוכבי הלכת שהם שוכנים.

Here Be Exoplanets

בין כ-4,000 כוכבי הלכת הידועים, עד כה ישנם כללים מעטים הקובעים אילו סוגי כוכבי לכת חיים היכן; אין מערכות כוכבים נראה ממש כמו שלנו, ורובם אפילו לא נראים מאוד אחד לשני.

נילסן ועמיתיו רצו לדעת האם כוכבי לכת עשויים להיווצר אחרת בדיסק העבה, בדיסק הדק ובהילה של שביל החלב. באופן כללי, כוכבי דיסק דק מכילים יותר יסודות כבדים מכוכבי דיסק עבה, כלומר הם צמחו מתוך עננים שעשויים להכיל גם יותר מרכיבים לייצור כוכבי לכת. באמצעות נתונים מהלוויין Gaia עוקב אחר הכוכבים של סוכנות החלל האירופית, נילסן ועמיתיו הפרידו לראשונה כוכבים על סמך שפע היסודות מסוימים שלהם. ואז הם דימו היווצרות כוכב לכת בקרב אוכלוסיות אלה.

הדמיות שלהם, שהם פרסמו באוקטובר, הראו שכוכבי לכת ענקי גז וכדור הארץ - הסוג הנפוץ ביותר של כוכבי לכת - צמחו בשפע בדיסק הדקה, כנראה בגלל (כצפוי) לאותם כוכבים יש יותר חומר בנייה לעבוד איתו. הם גם גילו שכוכבים צעירים יותר עם יותר יסודות כבדים נטו לארח יותר כוכבי לכת באופן כללי, ושכוכבי לכת ענקיים היו נפוצים יותר מכוכבי לכת קטנים יותר. לעומת זאת, ענקי גז כמעט ולא היו קיימים בדיסק העבה ובהילה.

שלאוףמן, שלא היה מעורב בעבודה, אמר שהתוצאות הגיוניות. הרכב האבק והגז שמהם נולדים כוכבים הוא קריטי לקביעה אם כוכבים יבנו כוכבי לכת. ולמרות שההרכב הזה עשוי להשתנות עם המיקום, הוא טען שאמנם המיקום עשוי להוות את הבמה לבניית העולם של כוכב, אך ייתכן שהוא לא יקבע את התוצאה הסופית.

הסימולציות של נילסן הן תיאורטיות, אבל כמה תצפיות עדכניות תומכות בממצאיו.

ביוני, מחקר שהשתמש בנתונים מטלסקופ החלל קפלר ציד כוכבי הלכת של נאס"א מצא שכוכבים בדיסק הדק של שביל החלב עוד כוכבי לכת, במיוחד כדור הארץ-על ועולמות בגודל תת-נפטון, מאשר כוכבים בדיסק העבה. הסבר אחד, אמר ג'סי כריסטיאנסן, מדען אקסופלנט במכון הטכנולוגי של קליפורניה ומחבר שותף של המחקר, הוא שייתכן שכוכבים ישנים ועבי דיסק נולדו כאשר מרכיבים לייצור כוכבי לכת היו דלילים, לפני שדורות של כוכבים גוססים זרעו את הקוסמוס עם הבניין בלוקים של עולמות. או אולי הכוכבים עבי הדיסק נולדו בסביבות צפופות וקרינה גבוהה שבהן מערבולות מונעות מכוכבי לכת תינוקות להתאחד בכלל.

כוכבי לכת עשויים להסתדר טוב יותר באזורים פתוחים, כמו הפרברים, במקום באזורים "עירוניים" מאוכלסים בצפיפות, אמר כריסטיאנסן. השמש שלנו נמצאת באזור פרברי דליל כזה.

כדורי ארץ אחרים

הסקרים של כריסטיאנסן והסימולציות של נילסן הם מהראשונים שחקרו את התרחשות הפלנטה כפונקציה של שכונה גלקטית; וודנט צ'נדרה, אסטרונום במרכז הרווארד-סמית'סוניאן לאסטרופיזיקה, מתכונן ללכת צעד אחד קדימה ולחקור אם ייתכן שהיווצרות כוכבי הלכת הייתה שונה בחלק מהגלקסיות ששביל החלב צרכה עם גדילתו. בעתיד, נילסן מקווה שסקרים ומכשירים מכוונים, כמו טלסקופ החלל הרומאי ננסי גרייס הקרוב של נאס"א, יעזרו לנו להבין את היווצרות כוכבי הלכת באותו אופן שבו דמוגרפים מבינים אוכלוסיות. האם נוכל לחזות אילו סוגי כוכבים יארחו אילו סוגי כוכבי לכת? האם יש סיכוי גבוה יותר להיווצר כדור הארץ בשכונות מסוימות? ואם נדע איפה לחפש, האם נמצא משהו שמסתכל עלינו בחזרה?

אנחנו יודעים שאנחנו חיים באזור ראוי למגורים, בעולם המקיף כוכב שקט. אבל איך התחילו החיים על כדור הארץ, ומתי ולמה, היא השאלה הגדולה ביותר בכל תחום של מדע. אולי מדענים צריכים לחשוב גם על סיפור המקור של הכוכב שלנו, ואפילו על אלה של אבות הכוכבים שעיצבו את פינת שביל החלב שלנו, לפני מיליארדי שנים.

"האם החיים על פני כדור הארץ היו בלתי נמנעים? זה היה מיוחד?" שאלה צ'נדרה. "רק ברגע שתתחיל לקבל את התמונה הגלובלית הזו ... אתה יכול להתחיל לענות על שאלות כאלה."