Это общеизвестный факт, что все звезды имеют продолжительность жизни. Это начинается с их формирования, затем продолжается через фазу главной последовательности (которая составляет большую часть их жизни), а затем заканчивается смертью. В большинстве случаев звезды будут увеличиваться в несколько сотен раз от их нормального размера, когда они выходят из фазы Главной Последовательности своей жизни, в течение которой они, вероятно, будут поглощать любые планеты, которые вращаются близко к ним.
Тем не менее, для планет, которые вращаются вокруг звезды на больших расстояниях (по сути, за пределами «морозной линии» системы), условия могут фактически стать достаточно теплыми, чтобы они могли поддерживать жизнь. И согласно новым исследованиям Института Карла Сагана в Корнелльском университете, эта ситуация может длиться для некоторых звездных систем в миллиарды лет, приводя к совершенно новым формам внеземной жизни!
Примерно через 5,4 миллиарда лет наше Солнце выйдет из фазы главной последовательности. Израсходовав водородное топливо в его ядре, накопившаяся там инертная гелиевая зола станет нестабильной и разрушится под действием собственного веса. Это приведет к тому, что ядро нагреется и станет более плотным, что, в свою очередь, приведет к увеличению размера Солнца и переходу в так называемую фазу его эволюции.
Этот период начнется с того, что наше Солнце станет субгигантом, в котором оно будет медленно удваиваться в течение примерно полумиллиарда лет. Затем он потратит следующие полмиллиарда лет на более быстрое расширение, пока не увеличится в 200 раз по сравнению с его нынешним размером и не увеличится в несколько тысяч раз. Затем он официально станет красной гигантской звездой, которая в конечном итоге расширится до точки, где она достигнет орбиты Марса.
Как мы исследовали в предыдущей статье, планета Земля не переживет, когда наше Солнце станет Красным Гигантом, равно как и Меркурий, Венера или Марс. Но за «Ледяной линией», где достаточно холодно, чтобы летучие соединения - такие как вода, аммиак, метан, диоксид углерода и окись углерода - оставались в замороженном состоянии, оставшиеся газовые гиганты, ледяные гиганты и карликовые планеты выживут , Не только это, но и массивная оттепель.
Короче говоря, когда звезда расширяется, ее «обитаемая зона», вероятно, будет делать то же самое, охватывая орбиты Юпитера и Сатурна. Когда это происходит, ранее необитаемые места, такие как спутники Юпитера и Крониана, могут внезапно стать пригодными для жизни. То же самое относится и ко многим другим звездам во Вселенной, и всем им суждено стать Красными Гигантами, когда они приближаются к концу своей жизни.
Однако, когда наше Солнце достигнет фазы Красных Гигантских Ветвей, ожидается, что ему останется 120 миллионов лет активной жизни. Этого времени недостаточно, чтобы новые формы жизни появлялись, развивались и становились по-настоящему сложными (т.е. как люди и другие виды млекопитающих). Но согласно недавнему исследованию, которое появилось в Астрофизический Журнал - под названием «Обитаемая зона звезд Главной последовательности» - некоторые планеты могут оставаться пригодными для обитания вокруг других красных гигантов в нашей Вселенной гораздо дольше - до 9 миллиардов лет или более в некоторых случаях!
Для сравнения: девять миллиардов лет - это почти вдвое больше нынешнего возраста Земли. Таким образом, предполагая, что в рассматриваемых мирах также есть правильное сочетание элементов, у них будет достаточно времени, чтобы породить новые и сложные формы жизни. Соавтор исследования, профессор Лиза Кальтеннегерис, также является директором Института Карла Сагана. Таким образом, она не чужда поискам жизни в других частях Вселенной. Как она объяснила Space Magazine по электронной почте:
«Мы обнаружили, что планеты - в зависимости от того, насколько велико их Солнце (чем меньше звезда, тем дольше планета может оставаться пригодной для жизни) - могут оставаться хорошими и теплыми до 9 миллиардов лет. Это делает старую звезду интересным местом для поиска жизни. Он мог начать подповерхностно (например, в замерзшем океане), а затем, когда лед тает, газы, которые вдыхает и выдыхает жизнь, могут выходить в атмосферу - что позволяет астрономам воспринимать их как признаки жизни. Или для самых маленьких звезд, время, когда ранее замерзшая планета могла быть милой и теплой, достигает 9 миллиардов лет. Таким образом, жизнь потенциально может даже начаться в это время ».
Используя существующие модели звезд и их эволюцию - то есть одномерные радиационно-конвективные климатические и звездные эволюционные модели - для своего изучения Kaltenegger и Ramirez смогли рассчитать расстояния обитаемых зон (HZ) вокруг серии после Main Sequence (пост-МС) звезды. Рамсес М. Рамирес - научный сотрудник Института Карла Сагана и ведущий автор статьи - объяснил процесс исследования журналу Space Magazine по электронной почте:
«Мы использовали звездные эволюционные модели, которые говорят нам, как звездные величины, в основном яркость, радиус и температура, меняются со временем, когда звезда стареет через фазу красного гиганта. Мы также использовали модель климата, чтобы затем рассчитать, сколько энергии каждая звезда выдает на границах обитаемой зоны. Зная это и звездную яркость, упомянутую выше, мы можем вычислить расстояния до границ этих обитаемых зон ».
В то же время они рассмотрели, как этот вид звездной эволюции может повлиять на атмосферу планет звезды. Когда звезда расширяется, она теряет массу и выбрасывает ее наружу в форме солнечного ветра. Для планет, которые вращаются вокруг звезды или имеют низкую поверхностную гравитацию, они могут обнаружить, что некоторые или все их атмосферы разрушены. С другой стороны, планеты с достаточной массой (или расположенные на безопасном расстоянии) могут поддерживать большую часть своей атмосферы.
«Звездные ветры от этой потери массы разрушают планетные атмосферы, которые мы также вычисляем как функцию времени», - сказал Рамирес. «Поскольку звезда теряет массу, солнечная система сохраняет момент импульса, двигаясь наружу. Поэтому мы также учитываем, как орбиты движутся со временем ». Используя модели, которые включали скорость звездных и атмосферных потерь во время фаз звезды Красная гигантская ветвь (RGB) и Асимптотическая гигантская ветвь (AGB), они смогли определить, как это будет развиваться для планет, размер которых варьируется от супер Лун к супер-землям.
Они обнаружили, что планета может оставаться в ГЦБ после HS на протяжении эонов и более, в зависимости от того, насколько горяча звезда, и рассчитывает на металличность, подобную нашей Солнце. Как объяснил Рамирес:
«Основной результат заключается в том, что максимальное время, в течение которого планета может оставаться в этой обитаемой зоне горячих звезд красного гиганта, составляет 200 миллионов лет. Для нашей самой холодной звезды (M1) максимальное время, в течение которого планета может оставаться в этой обитаемой зоне красного гиганта, составляет 9 миллиардов лет. Эти результаты предполагают уровень металличности, аналогичный уровню нашего Солнца. Звезда с более высоким процентом металлов занимает больше времени, чтобы сплавить неметаллы (H, He..etc), и поэтому эти максимальные времена могут увеличиться еще немного, примерно в два раза ».
В контексте нашей Солнечной системы это может означать, что через несколько миллиардов лет такие миры, как Европа и Энцелад (которые уже подозреваются в жизни под их ледяными поверхностями), могут получить шанс стать полноценными обитаемыми мирами. Как красиво подвел итог Рамирес:
«Это означает, что post-main-sequence - это еще один потенциально интересный этап звездной эволюции с точки зрения обитаемости. Вскоре после того, как расширяющаяся, растущая красная гигантская звезда превратила внутреннюю систему планет в шипящие пустоши, вдали от хаоса могли быть потенциально обитаемые обители. Если бы они были замороженными мирами, такими как Европа, лед растаял бы, потенциально обнажая любую существовавшую ранее жизнь. Такая ранее существовавшая жизнь может быть обнаружена в будущих миссиях / телескопах, ищущих атмосферные биосигнатуры.”
Но, пожалуй, самым захватывающим выводом из их исследовательского исследования было то, что они пришли к выводу, что планеты, движущиеся по орбите в пределах обитаемых зон их звезды после РС, будут делать это на расстояниях, которые сделают их обнаруживаемыми с использованием методов прямой визуализации. Так что не только шансы найти жизнь вокруг старых звезд лучше, чем считалось ранее, у нас не должно возникнуть проблем с их обнаружением с использованием современных методов охоты на экзопланеты!
Стоит также отметить, что Калтенеггер и д-р Рамирес представили второй документ для публикации, в котором они приводят список из 23 звезд красного гиганта в пределах 100 световых лет от Земли. Знание того, что эти звезды, все из которых находятся в нашем звездном соседстве, могут иметь поддерживающие жизнь миры в своих обитаемых зонах, должно предоставить дополнительные возможности для охотников за планетами в ближайшие годы.
И обязательно посмотрите это видео из Cornellcast, где профессор Калтенеггер делится тем, что вдохновляет ее научное любопытство и как ученые Корнелла работают над поиском доказательств внеземной жизни.
