Η αναζήτηση για εξωγήινη ζωή έξω από το Ηλιακό μας Σύστημα επικεντρώνεται επί του παρόντος σε εξωηλιακούς πλανήτες εντός των «κατοικήσιμων ζωνών» εξωπλανητικών συστημάτων γύρω από αστέρια παρόμοια με τον Ήλιο. Η εύρεση πλανητών σαν τη Γη γύρω από άλλα αστέρια είναι ο πρωταρχικός στόχος της αποστολής Kepler της NASA.
Η κατοικήσιμη ζώνη (HZ) γύρω από ένα αστέρι ορίζεται ως το εύρος των αποστάσεων πάνω από τις οποίες θα μπορούσε να υπάρχει υγρό νερό στην επιφάνεια ενός επίγειου πλανήτη, δεδομένης μιας αρκετά πυκνής ατμόσφαιρας. Οι επίγειοι πλανήτες γενικά ορίζονται ως βραχώδεις και παρόμοιοι με τη Γη σε μέγεθος και μάζα. Μια απεικόνιση των κατοικήσιμων ζωνών γύρω από αστέρια διαφορετικής διαμέτρου και φωτεινότητας και θερμοκρασίας εμφανίζεται εδώ. Η κόκκινη περιοχή είναι πολύ ζεστή, η μπλε περιοχή είναι πολύ κρύα, αλλά η πράσινη περιοχή είναι κατάλληλη για υγρό νερό. Επειδή μπορεί να περιγραφεί με αυτόν τον τρόπο, το HZ αναφέρεται επίσης ως το“Goldilocks Zone”.
Κανονικά, πιστεύουμε ότι οι πλανήτες γύρω από άλλα αστέρια είναι παρόμοιοι με το ηλιακό μας σύστημα, όπου μια ακολουθία πλανητών περιφέρεται γύρω από ένα μόνο αστέρι. Αν και θεωρητικά δυνατό, οι επιστήμονες συζήτησαν αν θα βρεθούν ποτέ πλανήτες γύρω από ζεύγη άστρων ή πολλαπλά αστρικά συστήματα. Στη συνέχεια, τον Σεπτέμβριο του 2011, οι ερευνητές στην αποστολή Kepler της NASA ανακοίνωσαν την ανακάλυψη του Kepler-16b, ενός ψυχρού, αερίου, πλανήτη μεγέθους του Κρόνου που περιφέρεται γύρω από ένα ζευγάρι αστέρια, όπως το φανταστικό Tatooine του Star Wars.
Αυτή την εβδομάδα είχα την ευκαιρία να πάρω συνέντευξη από ένα από τα νεαρά όπλα που μελετούν εξωπλανήτες, τον Billy Quarles. Τη Δευτέρα, ο Billy και οι συν-συγγραφείς του, καθηγητής Zdzislaw Musielak και ο αναπληρωτής καθηγητής Manfred Cuntz, παρουσίασαν τα ευρήματά τους σχετικά με την πιθανότητα ύπαρξης πλανητών όμοιων με τη Γη μέσα στις κατοικήσιμες ζώνες του Kepler 16 και άλλων περιφερειακών αστρικών συστημάτων, στη συνάντηση AAS στο Ώστιν του Τέξας. .
Οι Ζώνες Goldilocks γύρω από αστέρια διαφόρων τύπων. Πίστωση: NASA/JPL-Caltech
«Για να ορίσουμε την κατοικήσιμη ζώνη υπολογίζουμε την ποσότητα ροής που προσπίπτει σε ένα αντικείμενο σε μια δεδομένη απόσταση», εξήγησε ο Billy. «Λάβαμε επίσης υπόψη ότι διαφορετικοί πλανήτες με διαφορετική ατμόσφαιρα θα διατηρούν τη θερμότητα με διαφορετικό τρόπο. Ένας πλανήτης με πραγματικά αδύναμο φαινόμενο του θερμοκηπίου μπορεί να είναι πιο κοντά στα αστέρια. Για έναν πλανήτη με πολύ ισχυρότερο φαινόμενο του θερμοκηπίου, η κατοικήσιμη ζώνη θα είναι πιο έξω».
«Στη συγκεκριμένη μελέτη μας, έχουμε έναν πλανήτη σε τροχιά γύρω από δύο αστέρια. Το ένα από τα αστέρια είναι πολύ πιο φωτεινό από το άλλο. Τόσο πολύ πιο φωτεινό, που αγνοήσαμε εντελώς τη ροή που προέρχεται από το μικρότερο αχνό αστέρι συντροφιάς. Επομένως, ο ορισμός μας για την κατοικήσιμη ζώνη σε αυτή την περίπτωση είναι μια συντηρητική εκτίμηση».
Ο Quarles και οι συνεργάτες του πραγματοποίησαν εκτενείς αριθμητικές μελέτες σχετικά με τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα των πλανητικών τροχιών εντός του Kepler 16 HZ. «Η σταθερότητα της πλανητικής τροχιάς εξαρτάται από την απόσταση από τα δυαδικά αστέρια», είπε ο Quarles. «Όσο πιο έξω τόσο πιο σταθερά τείνουν να είναι, γιατί υπάρχει λιγότερη διαταραχή από το δευτερεύον αστέρι».
Για το σύστημα Kepler 16, οι πλανητικές τροχιές γύρω από το πρωτεύον αστέρι είναι σταθερές μόνο σε 0,0675 AU (αστρονομικές μονάδες). «Αυτό είναι πολύ μέσα στο εσωτερικό όριο της κατοικιμότητας, όπου κυριαρχεί το αφανές φαινόμενο του θερμοκηπίου», εξήγησε ο Μπίλι. Αυτό αποκλείει την πιθανότητα κατοικήσιμων πλανητών σε στενή τροχιά γύρω από το πρωτεύον αστέρι του ζεύγους. Αυτό που βρήκαν ήταν ότι οι τροχιές στη Ζώνη Goldilocks πιο μακριά, γύρω από το ζεύγος των άστρων χαμηλής μάζας του Kepler 16, είναι σταθερές σε χρονικές κλίμακες ενός εκατομμυρίου ετών ή περισσότερο, παρέχοντας την πιθανότητα να εξελιχθεί ζωή σε έναν πλανήτη εντός αυτού του HZ.
Η τροχιά του Kepler 16 από τους Quarles et al
Η περίπου κυκλική τροχιά του Kepler 16b, περίπου 65 εκατομμύρια μίλια από τα αστέρια, βρίσκεται στο εξωτερικό άκρο αυτής της κατοικήσιμης ζώνης. Όντας ένας γίγαντας αερίου, ο 16b δεν είναι κατοικήσιμος επίγειος πλανήτης. Ωστόσο, ένα φεγγάρι που μοιάζει με τη Γη, αGoldilocks Moon, σε τροχιά γύρω από αυτόν τον πλανήτη θα μπορούσε να διατηρήσει τη ζωή εάν ήταν αρκετά ογκώδης ώστε να διατηρεί μια ατμόσφαιρα παρόμοια με τη Γη. «Καθορίσαμε ότι είναι δυνατό ένα κατοικήσιμο εξωφεγγάρι σε τροχιά γύρω από το Kepler-16b», είπε ο Quarles.
Ρώτησα τον Quarles πώς η αστρική εξέλιξη επηρεάζει αυτές τις Ζώνες Goldilocks. Μου είπε, «Υπάρχουν πολλά πράγματα που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά τη διάρκεια ζωής ενός συστήματος. Ένα από αυτά είναι το πώς το αστέρι εξελίσσεται με την πάροδο του χρόνου. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η κατοικήσιμη ζώνη ξεκινά από κοντά και στη συνέχεια παρασύρεται σιγά-σιγά έξω».
Κατά τη διάρκεια ζωής της κύριας ακολουθίας ενός αστεριού, η πυρηνική καύση υδρογόνου συσσωρεύει ήλιο στον πυρήνα του, προκαλώντας αύξηση της πίεσης και της θερμοκρασίας. Αυτό συμβαίνει πιο γρήγορα σε αστέρια που έχουν μεγαλύτερη μάζα και χαμηλότερη μεταλλικότητα. Αυτές οι αλλαγές επηρεάζουν τις εξωτερικές περιοχές του άστρου, με αποτέλεσμα μια σταθερή αύξηση της φωτεινότητας και της αποτελεσματικής θερμοκρασίας. Το αστέρι γίνεται πιο φωτεινό, αναγκάζοντας το HZ να κινηθεί προς τα έξω. Αυτή η κίνηση θα μπορούσε να οδηγήσει σε έναν πλανήτη εντός του HZ στην αρχή της διάρκειας ζωής της κύριας ακολουθίας ενός άστρου, να γίνει πολύ ζεστός και, τελικά, ακατοίκητος. Ομοίως, ένας αφιλόξενος πλανήτης αρχικά έξω από το HZ, μπορεί να ξεπαγώσει και να επιτρέψει την έναρξη της ζωής.
«Για τη μελέτη μας, αγνοήσαμε το κομμάτι της αστρικής εξέλιξης», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας, Quarles. «Τρέξαμε τα μοντέλα μας για ένα εκατομμύριο χρόνια για να δούμε πού ήταν η κατοικήσιμη ζώνη για εκείνο το μέρος του κύκλου ζωής του αστεριού».
Το να βρίσκεται στη σωστή απόσταση από το αστέρι του είναι μόνο μία από τις απαραίτητες προϋποθέσεις για να είναι κατοικήσιμος ένας πλανήτης. Οι κατοικήσιμες συνθήκες σε έναν πλανήτη απαιτούν διάφορες γεωφυσικές και γεωχημικές συνθήκες. Πολλοί παράγοντες μπορούν να αποτρέψουν ή να εμποδίσουν την κατοικησιμότητα. Για παράδειγμα, ο πλανήτης μπορεί να έχει έλλειψη νερού, η βαρύτητα μπορεί να είναι πολύ αδύναμη για να διατηρήσει μια πυκνή ατμόσφαιρα, ο ρυθμός μεγάλων κρούσεων μπορεί να είναι πολύ υψηλός ή τα ελάχιστα συστατικά που είναι απαραίτητα για τη ζωή (ακόμα για συζήτηση) μπορεί να μην υπάρχουν.
Ένα πράγμα είναι ξεκάθαρο. Ακόμη και με όλες τις απαιτήσεις για ζωή όπως τη γνωρίζουμε, φαίνεται να υπάρχουν πολλοί πλανήτες γύρω από άλλα αστέρια, και πολύ πιθανό,Goldilocks Φεγγάριαγύρω από πλανήτες, σε τροχιά εντός των κατοικήσιμων ζωνών των αστεριών στον γαλαξία μας, ότι η ανίχνευση της υπογραφής της ζωής στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη ή σελήνης γύρω από έναν άλλο Ήλιο μοιάζει μόνο θέμα χρόνου τώρα.