إنها حقيقة معروفة أن جميع النجوم لها عمر. يبدأ هذا بتكوينهم ، ثم يستمر خلال مرحلة تسلسلهم الرئيسي (التي تشكل غالبية حياتهم) قبل أن تنتهي بالموت. في معظم الحالات ، ستنتفخ النجوم بما يصل إلى مئات المرات من حجمها الطبيعي عند خروجها من مرحلة التسلسل الرئيسي من حياتها ، وخلال هذه الفترة من المحتمل أن تستهلك أي كواكب تدور بالقرب منها.
ومع ذلك ، بالنسبة للكواكب التي تدور حول النجم على مسافات أكبر (خارج نطاق 'النظام' خط الصقيع '، بشكل أساسي) ، قد تصبح الظروف دافئة بما يكفي لدعم الحياة. ووفقًا لبحث جديد يأتي من معهد كارل ساجان في جامعة كورنيل ، يمكن أن يستمر هذا الوضع لبعض أنظمة النجوم إلى مليارات السنين ، مما يؤدي إلى ظهور أشكال جديدة تمامًا من الحياة خارج الأرض!
في حوالي 5.4 مليار سنة من الآن ، ستخرج شمسنا من مرحلة تسلسلها الرئيسي. بعد استنفاد وقود الهيدروجين في قلبه ، سيصبح رماد الهيليوم الخامل الذي تراكم هناك غير مستقر وينهار تحت ثقله. سيؤدي ذلك إلى تسخين اللب وزيادة كثافته ، مما يؤدي بدوره إلى نمو حجم الشمس ودخول ما يعرف باسم العملاق الأحمر فرع (RGB) مرحلة تطورها.
دورة حياة النجم الشبيه بالشمس ، من ولادته على الجانب الأيسر من الإطار إلى تطوره إلى عملاق أحمر على اليمين بعد بلايين السنين. الائتمان: ESO / M. كورنميسر
ستبدأ هذه الفترة مع تحول شمسنا إلى عملاق ثانوي ، حيث يتضاعف حجمها ببطء على مدار حوالي نصف مليار سنة. وبعد ذلك سوف يقضي نصف مليار سنة القادمة في التوسع بسرعة أكبر ، حتى يصل إلى 200 ضعف حجمه الحالي وعدة آلاف المرات أكثر إضاءة. بعد ذلك سيكون نجمًا عملاقًا أحمر رسميًا ، ثم يتوسع في النهاية إلى النقطة التي يتجاوز فيها مدار المريخ.
كما اكتشفنا في أ المقال السابق ، لن ينجو كوكب الأرض من شمسنا ليصبح عملاقًا أحمر - ولن ينجو كوكب عطارد أو الزهرة أو المريخ. ولكن ما وراء 'خط الصقيع' ، حيث يكون الجو باردًا بدرجة كافية بحيث تظل المركبات المتطايرة - مثل الماء والأمونيا والميثان وثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون - في حالة مجمدة ، ستبقى الكواكب الغازية العملاقة المتبقية وعمالقة الجليد والكواكب القزمة على قيد الحياة . ليس ذلك فحسب ، بل سيبدأ ذوبان الجليد بشكل كبير.
باختصار ، عندما يتمدد النجم ، فإن ' منطقة صالحة للسكنى 'من المحتمل أن يفعل الشيء نفسه ، بما في ذلك مدارات المشتري وزحل. عندما يحدث هذا ، فإن الأماكن التي كانت غير صالحة للسكن سابقًا - مثل أقمار جوفيان و كرونيان - يمكن أن تصبح فجأة غير صالحة للسكن. وينطبق الشيء نفسه على العديد من النجوم الأخرى في الكون ، وكلها مصيرها أن تصبح عمالقة حمراء لأنهم اقتربوا من نهاية حياتهم.
ومع ذلك ، عندما تصل شمسنا إلى مرحلة الفرع الأحمر العملاق ، فمن المتوقع أن تبقى 120 مليون سنة من الحياة النشطة. هذا ليس وقتًا كافيًا تمامًا لظهور أشكال الحياة الجديدة وتطورها وتصبح معقدة حقًا (مثل البشر والأنواع الأخرى من الثدييات). ولكن وفقًا لدراسة بحثية حديثة ظهرت فيمجلة الفيزياء الفلكية- بعنوان ' المنطقة الصالحة للسكنى لنجوم التسلسل الرئيسي '- قد تكون بعض الكواكب قادرة على البقاء حول نجوم عملاقة حمراء أخرى في كوننا لفترة أطول - تصل إلى 9 مليارات سنة أو أكثر في بعض الحالات!
رمسيس راميريز (على اليسار) وليزا كالتنيجر يبحثان عن أماكن أخرى في الكون تزدهر فيها الحياة. الائتمان: كريس كيتشن / صور الجامعة
لوضع ذلك في المنظور ، فإن تسعة مليارات سنة تقترب من ضعف عمر الأرض الحالي. لذا ، بافتراض أن العوالم المعنية تحتوي أيضًا على المزيج الصحيح من العناصر ، سيكون لديها متسع من الوقت لإحداث أشكال جديدة ومعقدة من الحياة. المؤلف المشارك للدراسة ، البروفيسور ليزا كالتينيغيريس ، هو أيضًا مدير معهد كارل ساجان. على هذا النحو ، فهي ليست غريبة عن البحث عن الحياة في أجزاء أخرى من الكون. كما أوضحت لـ Universe Today عبر البريد الإلكتروني:
'لقد وجدنا أن الكواكب - اعتمادًا على حجم شمسها (كلما كان النجم أصغر ، كلما طالت مدة بقاء الكوكب صالحًا للسكن) - يمكن أن تبقى لطيفة ودافئة لمدة تصل إلى 9 مليارات سنة. هذا يجعل النجمة العجوز مكانًا مثيرًا للاهتمام للبحث عن الحياة. يمكن أن يكون قد بدأ تحت السطح (على سبيل المثال في محيط متجمد) وبعد ذلك عندما يذوب الجليد ، يمكن للغازات التي تتنفسها الحياة وتخرجها أن تتسرب إلى الغلاف الجوي - ما يسمح لعلماء الفلك بالتقاطها كدلالة على الحياة. أو بالنسبة لأصغر النجوم ، فإن الوقت الذي يمكن أن يكون فيه كوكب متجمد سابقًا لطيفًا ودافئًا يصل إلى 9 مليارات سنة. وبالتالي من المحتمل أن تبدأ الحياة في ذلك الوقت '.
باستخدام النماذج الحالية للنجوم وتطورها - أي المناخ الحراري الإشعاعي أحادي البعد والنماذج التطورية النجمية - لدراستهم ، تمكن كالتينيجر وراميريز من حساب مسافات المناطق الصالحة للسكن (HZ) حول سلسلة من تسلسل ما بعد الرئيسي (ما بعد MS) النجوم. رمسيس م. راميريز - باحث مشارك في معهد كارل ساجان والمؤلف الرئيسي للورقة - شرح عملية البحث لـ Universe Today عبر البريد الإلكتروني:
'لقد استخدمنا نماذج تطورية نجمية تخبرنا كيف تتغير الكميات النجمية ، وبشكل أساسي السطوع ونصف القطر ودرجة الحرارة مع مرور الوقت مع تقدم النجوم في العمر خلال مرحلة العملاق الأحمر. استخدمنا أيضًا نموذجًا مناخيًا لحساب مقدار الطاقة التي ينتجها كل نجم عند حدود المنطقة الصالحة للسكن. بمعرفة هذا والسطوع النجمي المذكور أعلاه ، يمكننا حساب المسافات إلى حدود المنطقة الصالحة للسكن. '
بعد عدة مليارات من السنين ، أصبحت الشمس الصفراء (مثل شمسنا) عمالقة حمراء ، وتوسعت إلى عدة مئات من حجمها الطبيعي. الائتمان: ويندي كينيجسبيرغ
في الوقت نفسه ، فكروا في كيفية تأثير هذا النوع من التطور النجمي على الغلاف الجوي لكواكب النجم. عندما يتمدد النجم ، فإنه يفقد كتلته ويخرجها إلى الخارج على شكل رياح شمسية. بالنسبة للكواكب التي تدور بالقرب من نجم ، أو تلك التي لديها جاذبية سطحية منخفضة ، فقد تجد بعض أو كل غلافها الجوي مبتعدًا. من ناحية أخرى ، يمكن للكواكب ذات الكتلة الكافية (أو الموضوعة على مسافة آمنة) الحفاظ على معظم غلافها الجوي.
قال راميريز: 'إن الرياح النجمية الناتجة عن خسارة الكتلة هذه تؤدي إلى تآكل الغلاف الجوي للكواكب ، والذي نحسبه أيضًا كدالة للوقت'. 'عندما يفقد النجم كتلته ، يحافظ النظام الشمسي على الزخم الزاوي عن طريق التحرك للخارج. لذلك ، نأخذ في الاعتبار أيضًا كيفية تحرك المدارات مع مرور الوقت '. باستخدام النماذج التي أدرجت معدل الخسارة النجمية والغلاف الجوي خلال مراحل الفرع الأحمر العملاق (RGB) والفرع العملاق المقارب (AGB) من النجم ، تمكنوا من تحديد كيفية حدوث ذلك بالنسبة للكواكب التي تراوحت في الحجم من فائقة. من الأقمار إلى الأرض الفائقة.
ما وجدوه هو أن الكوكب يمكن أن يبقى في منطقة ما بعد HS HZ لعدة دهور أو أكثر ، اعتمادًا على درجة حرارة النجم ، واكتشاف العناصر المعدنية المشابهة لشمسنا. كما أوضح راميريز:
'والنتيجة الرئيسية هي أن الحد الأقصى للوقت الذي يمكن أن يبقى فيه كوكب في هذه المنطقة الحمراء العملاقة الصالحة للسكن من النجوم الساخنة هو 200 مليون سنة. بالنسبة لأروع نجم لدينا (M1) ، فإن أقصى وقت يمكن للكوكب أن يبقى فيه داخل هذه المنطقة الصالحة للسكن العملاق الأحمر هو 9 مليارات سنة. تفترض هذه النتائج مستويات معدنية مماثلة لتلك الموجودة في شمسنا. النجم الذي يحتوي على نسبة مئوية أعلى من المعادن يستغرق وقتًا أطول لدمج المواد غير المعدنية (H ، He..etc) ، وبالتالي يمكن أن تزيد هذه الأوقات القصوى أكثر ، حتى حوالي ضعف. '
هل يمكن أن يذوب سطح أوروبا الجليدي المتشقق وينشأ عن عالم جديد صالح للسكن عندما تصبح شمسنا عملاق أحمر في غضون بضعة مليارات من السنين؟ الائتمان: NASA / JPL-Caltech / SETI Institute
في سياق نظامنا الشمسي ، قد يعني هذا أنه في غضون بضعة مليارات من السنين ، قد تحصل عوالم مثل أوروبا وإنسيلادوس (المشتبه فيها بالفعل على وجود حياة تحت أسطحها الجليدية) على فرصة لتصبح عوالم كاملة صالحة للسكن. كما لخص راميريز بشكل جميل:
'هذا يعني أن التسلسل اللاحق الرئيسي هو مرحلة أخرى مثيرة للاهتمام من التطور النجمي من وجهة نظر القابلية للسكن. بعد فترة طويلة من تحول النظام الداخلي للكواكب إلى أراض قاحلة بسبب توسع نجم العملاق الأحمر المتنامي ، يمكن أن تكون هناك مساكن صالحة للسكن بعيدًا عن الفوضى. إذا كانت عوالم مجمدة ، مثل أوروبا ، فسوف يذوب الجليد ، ويحتمل أن يكشف النقاب عن أي حياة موجودة مسبقًا. قد تكون هذه الحياة الموجودة مسبقًا قابلة للاكتشاف من خلال البعثات / التلسكوبات المستقبلية التي تبحث عن البصمات الحيوية للغلاف الجوي. '
ولكن ربما كان الاستنتاج الأكثر إثارة من دراستهم البحثية هو استنتاجهم أن الكواكب التي تدور في مناطق قابلة للسكن بعد مرض التصلب العصبي المتعدد لنجمها ستفعل ذلك على مسافات تجعلها قابلة للاكتشاف باستخدام تقنيات التصوير المباشر. لذلك ليست احتمالات العثور على حياة حول النجوم الأكبر سناً أفضل مما كان يُعتقد سابقًا فحسب ، بل يجب ألا نواجه مشكلة في اكتشافها باستخدام تقنيات البحث عن الكواكب الخارجية الحالية!
ومن الجدير بالذكر أيضًا أن كالتنيجر والدكتور راميريز قد قدما ورقة ثانية للنشر ، حيث قدموا قائمة بـ 23 نجمة عملاقة حمراء في غضون 100 سنة ضوئية من الأرض. إن معرفة أن هذه النجوم ، وكلها في جوارنا النجمي ، يمكن أن يكون لها عوالم تحافظ على الحياة داخل مناطقها الصالحة للسكن يجب أن توفر فرصًا إضافية لصيادي الكواكب في السنوات القادمة.
وتأكد من إطلاعك على هذا الفيديو من Cornellcast ، حيث تشارك الأستاذة Kaltenegger ما يلهمها فضولها العلمي وكيف يعمل علماء كورنيل للعثور على دليل على وجود حياة خارج الأرض.
قراءة متعمقة: مجلة الفيزياء الفلكية
