Лучшие районы для начала жизни в Галактике | Журнал Кванта

Чтобы обеспечить жизнь, по крайней мере, в том виде, в каком мы ее знаем, планета должна вращаться вокруг относительно спокойной и стабильной звезды. Орбита планеты также должна быть почти круглой, чтобы планета испытывала одинаковое тепло в течение всего года. И оно не должно быть слишком горячим, чтобы не выкипела поверхностная вода; не слишком холодно, чтобы вода не осталась запертой во льду; но в самый раз, чтобы реки и моря оставались жидкими.

Эти характеристики определяют «обитаемую зону» вокруг звезд — заманчивые места для поиска пригодных для жизни экзопланет. Но ученые все чаще подвергают всю галактику подобному исследованию. Точно так же, как на континентах с разными биосферами существует разная флора и фауна, разные регионы галактики могут содержать разные популяции звезд и планет. Бурная история Млечного Пути означает, что не все уголки галактики одинаковы и что только некоторые галактические регионы могут быть подходящими для создания планет, которые, по нашему мнению, могут быть обитаемы.

По словам ученых, изучающих экзопланеты, которые совершенствуют свои идеи о том, где искать инопланетную жизнь, теперь они рассматривают происхождение звезды и ее окрестности. Джеспер Нильсен, астроном Копенгагенского университета. Новые симуляции, а также наблюдения со спутников, которые охотятся за планетами и наблюдают за миллионами звезд, рисуют картину того, как разные галактические окрестности – и, возможно, даже разные галактики – по-разному формируют планеты.

«Это, в свою очередь, может помочь нам лучше понять, куда направить наши телескопы», — сказал Нильсен.

Галактическая география

Сегодня Млечный Путь имеет сложную структуру. Ее центральная сверхмассивная черная дыра окружена «выпуклостью» — густой массой звезд, в которой находятся одни из самых пожилых жителей галактики. Выпуклость окружена «тонким диском», структурой, которую можно увидеть над головой ясной темной ночью. Большинство звезд, включая Солнце, находятся в спиралевидных рукавах тонкого диска, окруженных более широким «толстым диском», содержащим более старые звезды. Всю архитектуру окутывает рассеянный, преимущественно сферический ореол темной материи, горячего газа и некоторых звезд.

На протяжении как минимум двух десятилетий учёные задавались вопросом, различаются ли условия обитания в этих структурах. Первое исследование обитаемости галактик датируется 2004 годом, когда австралийские учёные Чарльз Лайнуивер, Йеше Феннер и Брэд Гибсон смоделировал историю Млечного Пути и использовал его для изучения мест, где можно найти обитаемые зоны. Они хотели знать, какие звезды-хозяева содержат достаточно тяжелых элементов (таких как углерод и железо), чтобы сформировать каменистые планеты, какие звезды существуют достаточно долго для развития сложной жизни, и какие звезды (и любые вращающиеся вокруг планеты планеты) защищены от соседних сверхновых. В итоге они определили «галактическую обитаемую зону» — область в форме пончика с дырой в центре галактики. Внутренняя граница региона начинается примерно в 22,000 29,000 световых годах от центра галактики, а внешняя граница заканчивается примерно в XNUMX XNUMX световых годах.

По его словам, за прошедшие с тех пор два десятилетия астрономы пытались более точно определить переменные, которые контролируют как звездную, так и планетарную эволюцию в галактике. Кевин Шлауфман, астроном из Университета Джонса Хопкинса. Например, по его словам, планеты рождаются в пылевых дисках, окружающих новорожденные звезды, и, проще говоря, если «в протопланетном диске много материала, из которого могут образовываться камни, то на нем будет создано больше планет».

Некоторые регионы галактики могут быть более плотно засеяны этими ингредиентами, образующими планеты, чем другие, и сейчас ученые работают над тем, чтобы понять, насколько сильно галактические окрестности влияют на планеты, которые они укрывают.

Здесь будут экзопланеты

Среди примерно 4,000 известных экзопланет пока существует мало правил, определяющих, какие типы планет и где обитают; нет звездных систем очень похожи на наших, и большинство из них даже не очень похожи друг на друга.

Нильсен и его коллеги хотели знать, могут ли планеты формироваться по-разному в толстом диске, тонком диске и гало Млечного Пути. В целом звезды тонкого диска содержат больше тяжелых элементов, чем звезды толстого диска, а это означает, что они выросли из облаков, которые также могут содержать больше ингредиентов для создания планет. Используя данные спутника Gaia Европейского космического агентства, отслеживающего звезды, Нильсен и его коллеги впервые разделили звезды на основе содержания в них определенных элементов. Затем они смоделировали формирование планет среди этого населения.

Их симуляции, который они опубликовали в октябре, показал, что газовые планеты-гиганты и суперземли — наиболее распространенный тип экзопланет — росли в большем количестве в тонком диске, вероятно, потому, что (как и ожидалось) у этих звезд больше строительного материала для работы. Они также обнаружили, что более молодые звезды с более тяжелыми элементами, как правило, содержат больше планет, и что планеты-гиганты встречаются чаще, чем планеты меньшего размера. И наоборот, газовые гиганты почти не существовали в толстом диске и гало.

Шлауфман, который не принимал участия в работе, сказал, что результаты имеют смысл. Состав пыли и газа, из которых рождаются звезды, имеет решающее значение для определения того, будут ли звезды строить планеты. И хотя этот состав может варьироваться в зависимости от местоположения, он утверждал, что, хотя местоположение может создать основу для построения мира звезды, оно не может определить окончательный результат.

Моделирование Нильсена является теоретическим, но некоторые недавние наблюдения подтверждают его выводы.

В июне исследование с использованием данных космического телескопа НАСА «Кеплер», занимающегося поиском планет, показало, что звезды в тонком диске Млечного Пути имеют больше планет, особенно суперземли и миры размером с Нептун, чем звезды в толстом диске. Одно объяснение, сказал Джесси Кристиансен, ученый по экзопланетам из Калифорнийского технологического института и соавтор исследования, заключается в том, что старые звезды толстого диска могли родиться, когда ингредиентов для создания планет было мало, до того, как поколения умирающих звезд засеяли космос зданиями. блоки миров. Или, может быть, звезды толстого диска родились в плотной среде с высоким уровнем радиации, где турбулентность вообще препятствует слиянию молодых планет.

По словам Кристиансена, планеты могут жить лучше на открытых территориях, таких как пригороды, а не в густонаселенных «городских» районах. Наше Солнце находится в одной из таких малонаселенных пригородных зон.

Другие Земли

Исследования Кристиансена и моделирование Нильсена являются одними из первых, изучающих возникновение планет в зависимости от соседства галактик; Ведант Чандра, астроном из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, готовится сделать еще один шаг вперед и изучить, могло ли формирование планет отличаться в некоторых галактиках, которые Млечный Путь поглотил по мере своего роста. В будущем Нильсен надеется, что точно настроенные исследования и инструменты, такие как будущий римский космический телескоп НАСА Нэнси Грейс, помогут нам понять формирование планет так же, как демографы понимают население. Можем ли мы предсказать, какие типы звезд будут содержать какие типы планет? Будут ли Земли с большей вероятностью формироваться в определенных районах? И если мы знаем, где искать, обнаружим ли мы что-то, смотрящее на нас?

Мы знаем, что живем в обитаемой зоне, в мире, вращающемся вокруг тихой звезды. Но как возникла жизнь на Земле, когда и почему — это самый большой вопрос в любой области науки. Возможно, ученым также следует задуматься об истории происхождения нашей звезды и даже об истории звездных предков, которые сформировали наш уголок Млечного Пути миллиарды лет назад.

«Была ли жизнь на Земле неизбежна? Это было что-то особенное?» — спросила Чандра. «Только когда вы начнете иметь эту глобальную картину… вы сможете начать отвечать на подобные вопросы».