Najboljše soseske za začetek življenja v galaksiji | Revija Quanta

Za življenje, vsaj takšno, kot ga poznamo, mora planet krožiti okoli zvezde, ki je relativno mirna in stabilna. Planetova orbita mora biti tudi skoraj krožna, tako da planet doživlja podobno toploto skozi vse leto. In ne sme biti prevroče, da površinska voda ne zavre; ne premrzla, da voda ne ostane zaklenjena v ledu; a ravno prav, da ostanejo reke in morja tekoča.

Te značilnosti opredeljujejo »bivalno cono« okoli zvezd – mamljiva mesta, ki jih lahko ciljate pri iskanju življenju prijaznih eksoplanetov. Toda znanstveniki vse bolj podvržejo podobnemu nadzoru celotno galaksijo. Na enak način kot celine z različnimi biosferami gostijo različno floro in favno, lahko različne regije galaksije skrivajo različne populacije zvezd in planetov. Turbulentna zgodovina Mlečne ceste pomeni, da niso vsi koti galaksije enaki in da so lahko le nekatera galaktična območja ravno prava za ustvarjanje planetov, za katere menimo, da bi lahko bili naseljeni.

Medtem ko znanstveniki na eksoplanetih izpopolnjujejo svoje ideje o tem, kje iskati tuje življenje, zdaj razmišljajo o izvoru zvezde in njeni soseščini, je dejal Jesper Nielsen, astronom na Univerzi v Kopenhagnu. Nove simulacije, skupaj z opazovanji s satelitov, ki lovijo planete in spremljajo milijone zvezd, slikajo, kako različne galaktične soseske - in morda celo različne galaksije - različno oblikujejo planete.

"To pa nam lahko pomaga bolje razumeti, kam usmeriti svoje teleskope," je dejal Nielsen.

Galaktična geografija

Danes Mlečna cesta ima zapleteno strukturo. Njeno osrednjo supermasivno črno luknjo obdaja »izboklina«, gosta množica zvezd, v kateri so nekateri najstarejši državljani galaksije. Izboklino obdaja »tanek disk«, struktura, ki jo lahko vidite, kako se vije nad glavo v jasni, temni noči. Večina zvezd, vključno s soncem, se nahaja v spiralnih rokavih tankega diska, ki jih objema širši »debel disk«, ki vsebuje starejše zvezde. In razpršen, večinoma sferičen halo temne snovi, vročega plina in nekaj zvezd ovija celotno arhitekturo.

Vsaj dve desetletji so se znanstveniki spraševali, ali se bivalni pogoji med temi strukturami razlikujejo. Prva študija galaktične bivalnosti sega v leto 2004, ko so avstralski znanstveniki Charles Lineweaver, Yeshe Fenner in Brad Gibson modelirali zgodovino Mlečne ceste in ga uporabil za preučevanje, kje bi lahko našli bivalna območja. Želeli so vedeti, katere gostiteljske zvezde so imele dovolj težkih elementov (kot sta ogljik in železo), da so oblikovale skalnate planete, katere zvezde so obstajale dovolj dolgo, da se je razvilo kompleksno življenje, in katere zvezde (in morebitni planeti v orbiti) so bili varni pred sosednjimi supernovami. Na koncu so definirali »galaktično bivalno območje«, območje v obliki krofa z luknjo v središču galaksije. Notranja meja območja se začne približno 22,000 svetlobnih let od galaktičnega središča, zunanja meja pa se konča približno 29,000 svetlobnih let zunaj.

V dveh desetletjih od takrat so astronomi poskušali natančneje opredeliti spremenljivke, ki nadzorujejo tako zvezdni kot planetarni razvoj v galaksiji, je dejal Kevin Schlaufman, astronom na univerzi Johns Hopkins. Na primer, je dejal, se planeti rodijo v prašnih diskih, ki obkrožajo novorojene zvezde, in, preprosto povedano, če ima "protoplanetarni disk veliko materiala, ki lahko tvori kamne, potem bo ustvaril več planetov."

Nekatera področja galaksije so morda bolj gosto posejana s temi sestavinami za ustvarjanje planetov kot druga, in znanstveniki si zdaj prizadevajo razumeti, koliko galaktične soseske vplivajo na planete, ki jih skrivajo.

Here Be Exoplanets

Med približno 4,000 znanimi eksoplaneti je do zdaj malo pravil, ki urejajo, katere vrste planetov kje živijo; brez zvezdnih sistemov videti precej kot naše, večina pa niti ne zelo podobni drug drugemu.

Nielsen in njegovi kolegi so želeli vedeti, ali bi se planeti lahko drugače oblikovali v debelem disku, tankem disku in haloju Rimske ceste. Na splošno zvezde s tankim diskom vsebujejo več težkih elementov kot zvezde z debelim diskom, kar pomeni, da so zrasle iz oblakov, ki lahko vsebujejo tudi več sestavin za ustvarjanje planetov. Z uporabo podatkov s satelita Gaia Evropske vesoljske agencije za sledenje zvezdam so Nielsen in njegovi kolegi najprej ločili zvezde glede na njihovo številčnost določenih elementov. Nato so simulirali nastanek planetov med temi populacijami.

Njihove simulacije, ki so ga objavili oktobra, je pokazalo, da so plinasti velikani in super-Zemlje - najpogostejša vrsta eksoplanetov - bolj izdatno rasli v tankem disku, verjetno zato, ker (kot je bilo pričakovano) imajo te zvezde več gradbenega materiala za delo. Ugotovili so tudi, da so mlajše zvezde z več težkimi elementi na splošno gostile več planetov in da so bili velikanski planeti pogostejši kot manjši planeti. Nasprotno pa plinastih velikanov v debelem disku in haloju skoraj ni bilo.

Schlaufman, ki ni bil vključen v delo, je dejal, da so rezultati smiselni. Sestava prahu in plina, iz katerega se rodijo zvezde, je ključnega pomena za določitev, ali bodo zvezde gradile planete. In čeprav se ta sestava lahko razlikuje glede na lokacijo, je trdil, da čeprav lahko lokacija postavi temelje za zvezdniško gradnjo sveta, morda ne bo odločila o končnem izidu.

Nielsenove simulacije so teoretične, vendar nekatera nedavna opazovanja podpirajo njegove ugotovitve.

Junija je študija, ki je uporabljala podatke iz Nasinega vesoljskega teleskopa Kepler, ki lovi planete, pokazala, da imajo zvezde v tankem disku Rimske ceste več planetov, zlasti svetovi velikosti super Zemlje in pod Neptunom, kot zvezde v debelem disku. Ena razlaga, rečeno Jessie Christiansen, znanstvenik za eksoplanete na Kalifornijskem inštitutu za tehnologijo in soavtor študije, je, da so se stare zvezde z debelim diskom morda rodile, ko so bile sestavine za ustvarjanje planetov redke, preden so generacije umirajočih zvezd zasejale vesolje z zgradbo bloki svetov. Ali pa so bile zvezde z debelim diskom rojene v gostih okoljih z visokim sevanjem, kjer turbulenca preprečuje, da bi se mladi planeti sploh združili.

Planeti se morda bolje znajdejo na odprtih območjih, kot so predmestja, namesto na gosto poseljenih "urbanih" območjih, je dejal Christiansen. Naše sonce je v enem takem redko poseljenem primestnem območju.

Druge Zemlje

Christiansenove raziskave in Nielsenove simulacije so med prvimi, ki preučujejo pojavljanje planetov kot funkcijo galaktične soseščine; Vedant Chandra, astronom iz Centra za astrofiziko Harvard-Smithsonian, se pripravlja narediti še korak dlje in preučiti, ali je bila tvorba planetov morda drugačna v nekaterih galaksijah, ki jih je Mlečna cesta porabila, ko je rasla. Nielsen upa, da nam bodo v prihodnosti natančno prilagojene raziskave in instrumenti, kot je Nasin prihajajoči rimski vesoljski teleskop Nancy Grace, pomagali razumeti nastanek planetov na enak način, kot demografi razumejo prebivalstvo. Ali lahko predvidimo, katere vrste zvezd bodo gostile katere vrste planetov? Ali je večja verjetnost, da bo Zemlja nastala v določenih soseskah? In če vemo, kje iskati, ali bomo našli nekaj, kar bo gledalo nazaj k nam?

Vemo, da živimo v območju, primernem za bivanje, v svetu, ki kroži okoli mirne zvezde. Toda kako se je življenje začelo na Zemlji, kdaj in zakaj, je največje vprašanje na katerem koli področju znanosti. Morda bi morali znanstveniki razmišljati tudi o zgodbi o izvoru naše zvezde in celo tistih zvezdnih prednikov, ki so oblikovali naš kotiček Mlečne ceste pred milijardami let.

»Je bilo življenje na Zemlji neizogibno? Je bilo posebno?« je vprašal Chandra. "Šele ko začnete imeti to globalno sliko ... lahko začnete odgovarjati na takšna vprašanja."