De beste nabolagene for å starte et liv i galaksen | Quanta Magazine

For å huse liv, i det minste slik vi kjenner det, må en planet gå i bane rundt en stjerne som er relativt rolig og stabil. Planetens bane må også være nesten sirkulær slik at planeten opplever lignende varme gjennom hele året. Og det må ikke være for varmt, for at ikke overflatevann skal koke av; ikke for kaldt, for at vannet ikke skal forbli innelåst i is; men akkurat passe, slik at elver og hav forblir flytende.

Disse egenskapene definerer en "beboelig sone" rundt stjerner - fristende steder å målrette mot i jakten på livsvennlige eksoplaneter. Men forskere utsetter i økende grad hele galaksen for lignende gransking. På samme måte som kontinenter med distinkte biosfærer er vertskap for distinkt flora og fauna, kan forskjellige regioner av galaksen huse forskjellige populasjoner av stjerner og planeter. Melkeveiens turbulente historie betyr at ikke alle hjørner av galaksen er like, og at bare noen galaktiske områder kan være helt riktige for å lage planeter vi tror kan være bebodd.

Mens eksoplanetforskere finjusterer ideene sine om hvor de skal lete etter fremmedliv, vurderer de nå opprinnelsen til en stjerne og dens nabolag, sa Jesper Nielsen, en astronom ved Københavns Universitet. Nye simuleringer, sammen med observasjoner fra satellitter som jakter på planeter og overvåker millioner av stjerner, tegner et bilde av hvordan forskjellige galaktiske nabolag - og kanskje til og med forskjellige galakser - danner planeter annerledes.

"Det kan igjen hjelpe oss å forstå hvor vi skal peke teleskopene våre," sa Nielsen.

Galaktisk geografi

I dag, Melkeveien har en komplisert struktur. Det sentrale supermassive sorte hullet er omgitt av "bulen", en tykk masse stjerner som inneholder noen av galaksens mest pensjonister. Bulen er omsluttet av den "tynne skiven", strukturen du kan se snirkle seg over hodet på en klar, mørk natt. De fleste stjernene, inkludert solen, finnes i den tynne skivens spiralarmer, som er omfavnet av en bredere "tykk skive" som inneholder eldre stjerner. Og en diffus, for det meste sfærisk glorie av mørk materie, varm gass og noen stjerner omslutter hele arkitekturen.

I minst to tiår har forskere lurt på om beboelige forhold varierer mellom disse strukturene. Den første studien av galaktisk beboelighet dateres til 2004, da de australske forskerne Charles Lineweaver, Yeshe Fenner og Brad Gibson modellerte historien av Melkeveien og brukte den til å studere hvor beboelige soner kan bli funnet. De ønsket å vite hvilke vertsstjerner som hadde nok tunge elementer (som karbon og jern) til å danne steinete planeter, hvilke stjerner som hadde eksistert lenge nok til at komplekst liv kunne utvikle seg, og hvilke stjerner (og eventuelle planeter i bane) som var trygge fra nabosupernovaer. De endte opp med å definere en "galaktisk beboelig sone", en smultringformet region med hullet sentrert i sentrum av galaksen. Regionens indre grense starter omtrent 22,000 29,000 lysår fra det galaktiske sentrum, og dens ytre grense slutter omtrent XNUMX XNUMX lysår ut.

I løpet av de to tiårene siden har astronomer forsøkt å mer presist definere variablene som kontrollerer både stjerne- og planetarisk utvikling i galaksen, sa Kevin Schlaufman, en astronom ved Johns Hopkins University. For eksempel, sa han, er planeter født i støvete skiver som omgir nyfødte stjerner, og enkelt sagt, hvis "en protoplanetarisk skive har mye materiale som kan lage steiner, vil den lage flere planeter."

Noen regioner i galaksen kan være tettere med disse planetskapende ingrediensene enn andre, og forskere jobber nå med å forstå hvor mye galaktiske nabolag påvirker planetene de har.

Here Be Exoplanets

Blant de rundt 4,000 kjente eksoplanetene er det så langt få regler som styrer hvilke typer planeter som bor hvor; ingen stjernesystemer ser ganske ut som vår egen, og de fleste av dem gjør ikke engang ligner mye på hverandre.

Nielsen og kollegene hans ønsket å vite om planeter kan dannes annerledes i Melkeveiens tykke skive, tynne skive og glorie. Generelt inneholder tynnskivestjerner flere tunge grunnstoffer enn tykkskivestjerner, noe som betyr at de vokste ut av skyer som også kan inneholde flere planetskapende ingredienser. Ved å bruke data fra European Space Agencys stjernesporende Gaia-satellitt, skilte Nielsen og kollegene hans først stjerner basert på deres overflod av visse elementer. Deretter simulerte de planetdannelse blant disse populasjonene.

Simuleringene deres, som de publiserte i oktober, viste at gassgigantiske planeter og superjordar - den vanligste typen eksoplanet - vokste mer rikelig i den tynne skiven, sannsynligvis fordi (som forventet) disse stjernene har mer byggemateriale å jobbe med. De fant også at yngre stjerner med mer tunge elementer hadde en tendens til å være vert for flere planeter generelt, og at gigantiske planeter var mer vanlige enn mindre planeter. Motsatt var gassgiganter nesten ikke-eksisterende i den tykke skiven og glorie.

Schlaufman, som ikke var involvert i arbeidet, sa at resultatene er fornuftige. Sammensetningen av støvet og gassen som stjerner er født fra er avgjørende for å avgjøre om stjerner vil bygge planeter. Og selv om den komposisjonen kan variere med plassering, hevdet han at selv om beliggenhet kan sette scenen for en stjernes verdensbygging, kan det ikke bestemme det endelige resultatet.

Nielsens simuleringer er teoretiske, men noen nyere observasjoner støtter hans funn.

I juni fant en studie med data fra NASAs planetjaktende Kepler-romteleskop at stjerner i Melkeveiens tynne skive har flere planeter, spesielt superjorder og verdener på størrelse med sub-Neptun, enn stjerner i den tykke skiven. En forklaring, sa Jessie Christiansen, en eksoplanetforsker ved California Institute of Technology og medforfatter av studien, er at gamle, tykke skivestjerner kan ha blitt født da planetskapende ingredienser var sparsomme, før generasjoner av døende stjerner så kosmos med bygningen. blokker av verdener. Eller kanskje stjernene med tykk skive ble født i tette miljøer med høy stråling der turbulens forhindrer babyplaneter i å samle seg i det hele tatt.

Planeter kan klare seg bedre i åpne områder, som forstedene, i stedet for tettbefolkede "urbane" områder, sa Christiansen. Solen vår er i en slik tynt befolket forstadssone.

Andre jorder

Christiansens undersøkelser og Nielsens simuleringer er blant de første til å studere planetens forekomst som en funksjon av galaktisk nabolag; Vedant Chandra, en astronom ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, forbereder seg på å gå ett skritt videre og studere om planetdannelsen kan ha vært annerledes i noen av galaksene Melkeveien konsumerte mens den vokste. I fremtiden håper Nielsen at finjusterte undersøkelser og instrumenter som NASAs kommende romerske romteleskop Nancy Grace vil hjelpe oss å forstå planetdannelsen på samme måte som demografer forstår populasjoner. Kan vi forutsi hvilke typer stjerner som vil være vert for hvilke typer planeter? Er det mer sannsynlig at jorda dannes i visse nabolag? Og hvis vi vet hvor vi skal lete, vil vi finne noe som ser tilbake på oss?

Vi vet at vi lever i en beboelig sone, i en verden som kretser rundt en stille stjerne. Men hvordan livet startet på jorden, og når og hvorfor, er det største spørsmålet innen ethvert vitenskapsfelt. Kanskje bør forskere også tenke på opprinnelseshistorien til stjernen vår, og til og med historien til stjerneforfedrene som formet hjørnet vårt av Melkeveien for milliarder av år siden.

«Var livet på jorden uunngåelig? Var det spesielt?" spurte Chandra. "Bare når du begynner å ha dette globale bildet ... kan du begynne å svare på slike spørsmål."