Загальновідомий факт, що всі зірки мають тривалість життя. Це починається з їх формування, потім продовжується через фазу їх Основної послідовності (яка становить більшість їхнього життя) до закінчення смерті. У більшості випадків зірки будуть набухати до декількох сотень разів перевищувати їх нормальний розмір, коли вони вийдуть з фази Основної послідовності свого життя, за цей час вони, швидше за все, будуть споживати будь-які планети, що близько до них орбіти.
Однак для планет, які обертаються зіркою на більших відстанях (по суті, за межами "лінії морозу" системи), фактично можуть нагрітися, щоб вони підтримали життя. І згідно з новими дослідженнями, які надходять з Інституту Карла Сагана в Корнельському університеті, така ситуація може тривати в деяких зіркових системах мільярди років, породжуючи абсолютно нові форми позаземного життя!
Приблизно через 5,4 мільярда років наше Сонце вийде зі своєї фази основної послідовності. Вичерпавши водневе паливо в своєму ядрі, інертний попіл гелію, який накопичився там, стане нестабільним і руйнується під власною вагою. Це призведе до нагрівання ядра та ущільнення, що, в свою чергу, призведе до того, що Сонце збільшуватиметься та вступить у фазу своєї еволюції Червона гігантська гілка (RGB).
Цей період розпочнеться з того, як наше Сонце перетвориться на підкореневе, коли воно повільно зросте вдвічі в розмірі протягом приблизно півмільярда років. Потім він витратить наступні півмільярда років, розширюючись швидше, поки він не стане в 200 разів більшим за сучасний розмір і в кілька тисяч разів більш світлим. Тоді вона офіційно стане зіркою червоного гіганта, врешті-решт розшириться до точки, де вона вийде за орбіту Марса.
Як ми досліджували в попередній статті, планета Земля не переживе наше Сонце, перетворившись у Червоний гігант, - ні Меркурій, Венера чи Марс. Але поза "Лінією морозу", де досить холодно, що летючі сполуки - такі як вода, аміак, метан, вуглекислий газ і оксид вуглецю - залишаються в замерзлому стані, залишаються газові гіганти, крижані гіганти і карликові планети . Мало того, але наступить масова відлига.
Коротше кажучи, коли зірка розшириться, її "житлова зона", ймовірно, зробить те саме, що охоплює орбіти Юпітера та Сатурна. Коли це станеться, колись нежилі місця - такі, як Ювіан та Кроніанські місяці - могли раптом стати мешкаючими. Те ж саме стосується і багатьох інших зірок у Всесвіті, яким усі долі стають Червоними гігантами, коли вони підходять до кінця свого життя.
Однак, коли наше Сонце досягне фази Червоної гігантської гілки, від нього очікується лише 120 мільйонів років активного життя. Цього часу не достатньо, щоб нові форми життя могли виникнути, розвиватися та стати по-справжньому складними (тобто як люди та інші види ссавців). Але згідно з недавнім дослідницьким дослідженням, яке з'явилося в Астрофізичний журнал - під назвою "Житлова зона зірок після головної послідовності" - деякі планети можуть залишатися мешкати навколо інших червоних зірок-гігантів у нашому Всесвіті набагато довше - до 9 мільярдів років і більше в деяких випадках!
Якщо зробити це в перспективі, дев'ять мільярдів років майже вдвічі перевищують сучасний вік Землі. Тож якщо припустити, що у відповідних світів також є правильна суміш елементів, у них буде достатньо часу, щоб породити нові і складні форми життя. Співавтор дослідження, професор Ліза Калтеннегеріс, також є директором Інституту Карла Сагана. Таким чином, їй не дивно шукати життя в інших частинах Всесвіту. Як вона пояснила Space Magazine електронною поштою:
«Ми виявили, що планети - залежно від того, наскільки велике їх Сонце (чим менша зірка, тим довше планета може залишатися для життя) - можуть залишатися приємними та теплими до 9 мільярдів років. Це робить стару зірку цікавим місцем для пошуку життя. Це могло початися підповерховістю (наприклад, в замерзлому океані), а потім, коли лід розтане, гази, які вдихає і виходить життя, можуть потрапляти в атмосферу - що дозволяє астрономам підібрати їх як підписи життя. Або для найменших зірок час, коли раніше заморожена планета може бути приємною і теплою, становить до 9 мільярдів років. Таким чином життя потенційно може навіть початись в цей час ».
Використовуючи існуючі моделі зірок та їх еволюцію - тобто одновимірну радіаційно-конвективну модель клімату та зоряні еволюційні моделі - для свого дослідження Калтенеггер та Рамірес змогли обчислити відстані населених зон (HZ) навколо серії послідовностей після основної роботи (після MS) зірок. Рамзес М. Рамірес - науковий співробітник Інституту Карла Сагана та головний автор статті - пояснив дослідницький процес Space Magazine електронною поштою:
«Ми використовували зоряні еволюційні моделі, які розповідають, як зоряні величини, головним чином, яскравість, радіус і температура, змінюються з часом, коли зірка старіє через фазу червоного гіганта. Ми також використали модель клімату, щоб потім обчислити, скільки енергії кожна зірка виділяє на межі зони проживання. Знаючи це та зоряну яскравість, згадану вище, ми можемо обчислити відстані до цих меж зони проживання ».
У той же час вони розглядали, як така зоряна еволюція може впливати на атмосферу планет зірки. Коли зірка розширюється, вона втрачає масу і викидає її назовні у вигляді сонячного вітру. Для планет, які на орбіті близько до зірки, або тих, що мають низьку поверхневу гравітацію, вони можуть виявити, що частина або вся їх атмосфера підірвана. З іншого боку, планети з достатньою масою (або розташовані на безпечній відстані) могли б підтримувати більшу частину своєї атмосфери.
"Зоряні вітри від цієї втрати маси розмивають планетарну атмосферу, яку ми також обчислюємо як функцію часу", - сказав Рамірес. «Коли зірка втрачає масу, Сонячна система зберігає кутовий імпульс, рухаючись назовні. Отже, ми також враховуємо те, як орбіти рухаються з часом ». Використовуючи моделі, що включали швидкість зоряних та атмосферних втрат під час зоряної фази Червоної гігантської гілки (RGB) та Асимптотичної гігантської гілки (AGB), вони змогли визначити, як це відіграватиметься для планет, що мають розмір від супер- Місяці на супер-Землі.
Вони виявили, що планета може перебувати в пост-ГЗ HZ протягом еонів і більше, залежно від того, наскільки гаряча зірка, і розраховуючи на металіки, схожі на наше Сонце. Як пояснив Рамірес:
«Головний результат полягає в тому, що максимальний час перебування планети в цій червоній гігантській зоні проживання гарячих зірок - 200 мільйонів років. Для нашої найкрутішої зірки (М1) максимальний час перебування планети в цій зоні червоного гіганта - 9 мільярдів років. Ці результати припускають, що рівень металічності схожий на рівень нашого Сонця. Зірці з більшим відсотком металів потрібно довше, щоб розплавити неметали (H, He..etc), і тому ці максимальні рази можуть збільшитись ще більше, приблизно до двох разів ».
У контексті нашої Сонячної системи це може означати, що через кілька мільярдів років такі світи, як Європа та Енцелад (які, як підозрюють, мають життя під своїми крижаними поверхнями), можуть отримати вигоду з того, щоб стати повноцінними житловими світами. Як красиво підсумував Рамірес:
«Це означає, що послідовність пост-основна - це ще одна потенційно цікава фаза еволюції зоряної точки зору з точки зору проживання. Довго після того, як внутрішня система планет перетворилася на шиплячі пустища, що розростається, зростаюча червона гігантська зірка, далі від хаосу можуть бути потенційно заселені місця проживання. Якщо вони будуть замерзлими світами, як, наприклад, Європа, лід розтане, потенційно відкриваючи будь-яке попереднє життя. Таке попереднє життя може бути виявлено майбутніми місіями / телескопами, які шукають атмосферні біосигнатури.”
Але, мабуть, самим захоплюючим вилученням з їх дослідницького дослідження було висновок про те, що планети, що обертаються в межах зон, що живуть після МС, їх робитимуть на відстані, що зробить їх виявлення за допомогою методів прямого зображення. Тож не тільки шанси знайти життя навколо старших зірок краще, ніж раніше вважалося, у нас не повинно виникнути проблем з їх виявленням, використовуючи сучасні методи полювання на екзопланети!
Варто також зазначити, що Калтенеггер та доктор Рамірес подали другий документ для публікації, в якому вони надають список 23 червоних зірок-гігантів протягом 100 світлових років Землі. Знаючи, що ці зірки, які знаходяться в нашому зоряному сусідстві, могли б мати життєздатні світи в межах своїх житлових зон, повинні надавати додаткові можливості мисливцям на планети в найближчі роки.
І обов'язково перегляньте це відео з "Корнеллкаст", де проф. Калтенеггер ділиться тим, що надихає на її наукову цікавість і як вчені Корнелла працюють над тим, щоб знайти докази позаземного життя.
