ย่านที่ดีที่สุดสำหรับการเริ่มต้นชีวิตในกาแล็กซี | นิตยสารควอนต้า

เพื่อกักเก็บสิ่งมีชีวิต อย่างน้อยก็อย่างที่เรารู้ ดาวเคราะห์จะต้องโคจรรอบดาวฤกษ์ที่ค่อนข้างสงบและมั่นคง วงโคจรของดาวเคราะห์จะต้องเกือบเป็นวงกลม ดังนั้นดาวเคราะห์จึงได้รับความอบอุ่นที่คล้ายคลึงกันตลอดทั้งปี และต้องไม่ร้อนเกินไป เกรงว่าน้ำผิวดินจะเดือด ไม่เย็นเกินไปเกรงว่าน้ำจะติดอยู่ในน้ำแข็ง แต่ถูกต้องเพื่อให้แม่น้ำและทะเลยังคงเป็นของเหลว

ลักษณะเหล่านี้กำหนด "เขตเอื้ออาศัยได้" รอบๆ ดาวฤกษ์ ซึ่งเป็นสถานที่ที่น่าเย้ายวนใจในการกำหนดเป้าหมายในการค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่เป็นมิตรต่อชีวิต แต่นักวิทยาศาสตร์กำลังตรวจสอบกาแลคซีทั้งหมดมากขึ้นเรื่อยๆ ในลักษณะเดียวกับที่ทวีปที่มีชีวมณฑลต่างกันมีพืชและสัตว์ต่างกัน ภูมิภาคต่างๆ ของกาแล็กซีก็อาจมีประชากรดาวและดาวเคราะห์ต่างกันไป ประวัติศาสตร์อันปั่นป่วนของทางช้างเผือกหมายความว่าทุกมุมของกาแลคซีไม่เหมือนกัน และมีเพียงบริเวณกาแลคซีบางแห่งเท่านั้นที่อาจเหมาะสมสำหรับการสร้างดาวเคราะห์ที่เราคิดว่าสามารถอาศัยอยู่ได้

ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะปรับความคิดของตนเกี่ยวกับสถานที่ที่จะมองหาชีวิตมนุษย์ต่างดาว พวกเขากำลังพิจารณาถึงต้นกำเนิดของดาวฤกษ์และบริเวณใกล้เคียง กล่าว เจสเปอร์ นีลเซ่นซึ่งเป็นนักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกน การจำลองใหม่ ร่วมกับการสำรวจจากดาวเทียมที่ตามล่าหาดาวเคราะห์และติดตามดาวฤกษ์หลายล้านดวง กำลังวาดภาพว่าบริเวณใกล้เคียงกาแลคซีและกาแลคซีที่แตกต่างกัน ก่อตัวดาวเคราะห์แตกต่างกันอย่างไร

“นั่นสามารถช่วยให้เราเข้าใจได้ดีขึ้นว่าจะชี้กล้องโทรทรรศน์ของเราไปที่ใด” นีลเส็นกล่าว

ภูมิศาสตร์กาแลกติก

วันนี้ทางช้างเผือก มีโครงสร้างที่ซับซ้อน. หลุมดำมวลมหาศาลใจกลางของมันล้อมรอบด้วย “ส่วนที่นูน” ซึ่งเป็นมวลดาวหนาที่บรรจุพลเมืองอาวุโสที่สุดของกาแลคซีบางส่วนไว้ ส่วนนูนนั้นถูกห่อหุ้มด้วย "แผ่นบางๆ" ซึ่งเป็นโครงสร้างที่คุณสามารถมองเห็นคดเคี้ยวเหนือศีรษะได้ในคืนที่ฟ้าโปร่งและมืดมิด ดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ รวมทั้งดวงอาทิตย์ พบได้ในแขนกังหันของจานบาง ซึ่งถูกโอบไว้ด้วย “จานหนา” ที่กว้างกว่าซึ่งมีดาวฤกษ์ที่มีอายุมากกว่า และรัศมีกระจายซึ่งส่วนใหญ่เป็นทรงกลมของสสารมืด ก๊าซร้อน และดาวฤกษ์บางดวงห่อหุ้มสถาปัตยกรรมทั้งหมด

เป็นเวลาอย่างน้อยสองทศวรรษที่นักวิทยาศาสตร์สงสัยว่าสภาพที่อยู่อาศัยนั้นแตกต่างกันไปตามโครงสร้างเหล่านั้นหรือไม่ การศึกษาความสามารถในการอยู่อาศัยของดาราจักรครั้งแรกเกิดขึ้นในปี 2004 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ชาวออสเตรเลีย Charles Lineweaver, Yeshe Fenner และ Brad Gibson จำลองประวัติศาสตร์ ของทางช้างเผือกและใช้ในการศึกษาบริเวณที่อาจพบเขตเอื้ออาศัยได้ พวกเขาต้องการทราบว่าดาวฤกษ์ดวงไหนมีองค์ประกอบหนักเพียงพอ (เช่น คาร์บอนและเหล็ก) ก่อตัวเป็นดาวเคราะห์หิน ดาวดวงไหนอยู่ได้นานพอที่จะให้ชีวิตที่ซับซ้อนวิวัฒนาการได้ และดาวดวงไหน (และดาวเคราะห์ใดๆ ที่โคจรอยู่) ปลอดภัยจากซุปเปอร์โนวาข้างเคียง พวกเขาลงเอยด้วยการกำหนด "เขตเอื้ออาศัยได้ของกาแลคซี" ซึ่งเป็นบริเวณรูปโดนัทที่มีรูอยู่ตรงกลางกาแลคซี ขอบเขตด้านในของภูมิภาคเริ่มต้นประมาณ 22,000 ปีแสงจากใจกลางกาแลคซี และขอบเขตด้านนอกสิ้นสุดที่ประมาณ 29,000 ปีแสง

ในช่วงสองทศวรรษนับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา นักดาราศาสตร์ได้พยายามกำหนดตัวแปรที่ควบคุมทั้งวิวัฒนาการของดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ภายในกาแลคซีให้แม่นยำยิ่งขึ้น เควิน ชเลาฟมานนักดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยจอห์น ฮอปกินส์ ตัวอย่างเช่น เขากล่าวว่า ดาวเคราะห์เกิดในดิสก์ฝุ่นที่ล้อมรอบดาวฤกษ์เกิดใหม่ และพูดง่ายๆ ว่าถ้า "ดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์มีวัสดุจำนวนมากที่สามารถสร้างหินได้ มันก็จะสร้างดาวเคราะห์มากขึ้น"

พื้นที่บางแห่งในกาแลคซีอาจมีส่วนผสมในการสร้างดาวเคราะห์หนาแน่นกว่าบริเวณอื่นๆ และขณะนี้นักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานเพื่อทำความเข้าใจว่าบริเวณใกล้เคียงกาแลคซีมีอิทธิพลต่อดาวเคราะห์ที่พวกเขาอาศัยอยู่มากน้อยเพียงใด

ที่นี่เป็นดาวเคราะห์นอกระบบ

ในบรรดาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่มีอยู่ประมาณ 4,000 ดวง จนถึงขณะนี้ มีกฎอยู่สองสามข้อที่ควบคุมว่าดาวเคราะห์ประเภทใดอาศัยอยู่ที่ไหน ไม่มีระบบดาว ดูค่อนข้างคล้ายกับของเราเองและส่วนใหญ่ไม่มีด้วยซ้ำ ดูคล้ายกันมาก.

Nielsen และเพื่อนร่วมงานของเขาต้องการทราบว่าดาวเคราะห์อาจก่อตัวแตกต่างออกไปในดิสก์หนา ดิสก์บาง และรัศมีของทางช้างเผือกหรือไม่ โดยทั่วไป ดาวฤกษ์ดิสก์บางมีองค์ประกอบหนักมากกว่าดาวฤกษ์ดิสก์หนา ซึ่งหมายความว่าพวกมันงอกออกมาจากเมฆที่อาจมีส่วนประกอบในการสร้างดาวเคราะห์มากกว่า การใช้ข้อมูลจากดาวเทียม Gaia ติดตามดาวขององค์การอวกาศยุโรป Nielsen และเพื่อนร่วมงานของเขาแยกดาวฤกษ์เป็นครั้งแรกโดยอาศัยองค์ประกอบบางอย่างที่มีอยู่มากมาย จากนั้นพวกเขาก็จำลองการก่อตัวของดาวเคราะห์ในหมู่ประชากรเหล่านั้น

การจำลองของพวกเขาซึ่งตีพิมพ์ในเดือนตุลาคม แสดงให้เห็นว่าดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์และซุปเปอร์เอิร์ธซึ่งเป็นดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะประเภทที่พบมากที่สุด เติบโตขึ้นอย่างอุดมสมบูรณ์ในดิสก์บางๆ อาจเป็นเพราะ (ตามที่คาดไว้) ดาวฤกษ์เหล่านั้นมีวัสดุก่อสร้างมากกว่าที่จะใช้งานด้วย พวกเขายังพบว่าดาวอายุน้อยที่มีองค์ประกอบหนักมากกว่ามีแนวโน้มที่จะมีดาวเคราะห์มากกว่าโดยทั่วไป และดาวเคราะห์ยักษ์นั้นก็พบได้ทั่วไปมากกว่าดาวเคราะห์ที่มีขนาดเล็กกว่า ในทางกลับกัน ก๊าซยักษ์แทบไม่มีอยู่ในจานหนาและรัศมี

Schlaufman ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับงานนี้กล่าวว่าผลลัพธ์ที่ได้สมเหตุสมผล องค์ประกอบของฝุ่นและก๊าซที่ดาวฤกษ์ถือกำเนิดเป็นสิ่งสำคัญในการพิจารณาว่าดาวฤกษ์จะสร้างดาวเคราะห์หรือไม่ แม้ว่าองค์ประกอบนั้นอาจแตกต่างกันไปตามตำแหน่ง เขาแย้งว่าแม้ตำแหน่งอาจเป็นจุดเริ่มต้นของการสร้างโลกของดาวฤกษ์ แต่ก็อาจไม่สามารถกำหนดผลลัพธ์สุดท้ายได้

การจำลองของ Nielsen นั้นเป็นไปในทางทฤษฎี แต่ข้อสังเกตล่าสุดบางส่วนสนับสนุนการค้นพบของเขา

ในเดือนมิถุนายน การศึกษาโดยใช้ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเคปเลอร์ล่าดาวเคราะห์ของ NASA พบว่าดาวฤกษ์ในดิสก์บางๆ ของทางช้างเผือกมี ดาวเคราะห์มากขึ้นโดยเฉพาะโลกซุปเปอร์เอิร์ธและโลกขนาดต่ำกว่าดาวเนปจูน มากกว่าดาวฤกษ์ในจานหนา คำอธิบายหนึ่งกล่าวว่า เจสซี่ คริสเตียนเซ่นนักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่สถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนียและเป็นผู้เขียนร่วมของการศึกษา กล่าวว่าดาวฤกษ์ที่มีจานหนามากอาจถือกำเนิดขึ้นเมื่อส่วนผสมในการสร้างดาวเคราะห์มีอยู่เบาบาง ก่อนที่ดาวฤกษ์ที่กำลังจะตายหลายชั่วอายุคนจะเพาะเมล็ดในจักรวาลพร้อมกับตัวอาคาร บล็อกของโลก หรือบางทีดาวฤกษ์ในดิสก์หนาอาจเกิดในสภาพแวดล้อมที่มีการแผ่รังสีสูงหนาแน่น ซึ่งความปั่นป่วนขัดขวางไม่ให้ดาวเคราะห์ทารกรวมตัวกันเลย

ดาวเคราะห์อาจทำงานได้ดีกว่าในพื้นที่เปิด เช่น ชานเมือง แทนที่จะเป็นพื้นที่ "ในเมือง" ที่มีประชากรหนาแน่น Christiansen กล่าว ดวงอาทิตย์ของเราอยู่ในเขตชานเมืองที่มีประชากรเบาบางเช่นนี้

โลกอื่น ๆ

การสำรวจของคริสเตียนเซ็นและการจำลองของนีลเส็นเป็นหนึ่งในกลุ่มแรกๆ ที่ศึกษาการเกิดขึ้นของดาวเคราะห์ในฐานะหน้าที่ของบริเวณใกล้เคียงทางช้างเผือก เวทมนต์จันทรานักดาราศาสตร์จากศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ฮาร์วาร์ด-สมิธโซเนียน กำลังเตรียมที่จะก้าวไปอีกขั้นหนึ่งและศึกษาว่าการกำเนิดดาวเคราะห์อาจแตกต่างกันไปในกาแลคซีบางแห่งที่ทางช้างเผือกกลืนกินเมื่อมันเติบโตขึ้นหรือไม่ ในอนาคต นีลเส็นหวังว่าการสำรวจและเครื่องมือที่ได้รับการปรับแต่ง เช่น กล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมันแนนซี เกรซ ที่กำลังจะมีขึ้นของ NASA จะช่วยให้เราเข้าใจการก่อตัวของดาวเคราะห์ในลักษณะเดียวกับที่นักประชากรศาสตร์เข้าใจประชากร เราสามารถคาดเดาได้ไหมว่าดาวประเภทใดจะเป็นที่ตั้งของดาวเคราะห์ประเภทใด โลกมีแนวโน้มที่จะก่อตัวในบางพื้นที่ใกล้เคียงหรือไม่? แล้วถ้าเรารู้ว่าจะมองไปทางไหนเราจะเจออะไรกลับมาหาเราหรือเปล่า?

เรารู้ว่าเราอาศัยอยู่ในเขตเอื้ออาศัยได้ ในโลกที่โคจรรอบดวงดาวอันเงียบสงบ แต่ชีวิตเริ่มต้นบนโลกได้อย่างไร และเมื่อใดและทำไม ถือเป็นคำถามที่ใหญ่ที่สุดในสาขาวิทยาศาสตร์ใดๆ บางทีนักวิทยาศาสตร์ควรคิดถึงเรื่องราวต้นกำเนิดของดาวของเรา และแม้แต่บรรพบุรุษที่เป็นตัวกำหนดมุมของทางช้างเผือกของเราเมื่อหลายพันล้านปีก่อน

“ชีวิตบนโลกเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้เหรอ? มันพิเศษหรือเปล่า?” จันทราถาม “เพียงครั้งเดียวที่คุณเริ่มมีภาพรวมระดับโลกนี้ … คุณจะเริ่มตอบคำถามแบบนั้นได้ไหม”