Είναι ένα πολύ γνωστό γεγονός ότι όλα τα αστέρια έχουν διάρκεια ζωής. Αυτό ξεκινά με το σχηματισμό τους, και στη συνέχεια συνεχίζεται μέσω της φάσης Main Sequence (που αποτελεί την πλειοψηφία της ζωής τους) πριν τελειώσει στο θάνατο. Στις περισσότερες περιπτώσεις, τα αστέρια θα διογκωθούν έως και αρκετές εκατοντάδες φορές το κανονικό τους μέγεθος καθώς εξέρχονται από τη φάση Main Sequence της ζωής τους, κατά τη διάρκεια του οποίου κατά πάσα πιθανότητα θα καταναλώσουν πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά γύρω τους.
Ωστόσο, για τους πλανήτες που περιστρέφονται γύρω από το αστέρι σε μεγαλύτερες αποστάσεις (ουσιαστικά πέρα από την "Γραμμή παγετού" του συστήματος), οι συνθήκες μπορεί να γίνουν αρκετά ζεστές για να υποστηρίξουν τη ζωή. Και σύμφωνα με μια νέα έρευνα που προέρχεται από το Ινστιτούτο Carl Sagan στο Πανεπιστήμιο Cornell, αυτή η κατάσταση θα μπορούσε να διαρκέσει για μερικά αστρικά συστήματα στα δισεκατομμύρια χρόνια, δημιουργώντας εντελώς νέες μορφές εξωγήινης ζωής!
Σε περίπου 5,4 δισεκατομμύρια χρόνια από τώρα, ο Ήλιος μας θα βγει από τη φάση Main Sequence. Έχοντας εξαντλήσει το καύσιμο υδρογόνου στον πυρήνα του, η αδρανή τέφρα ηλίου που έχει συσσωρευτεί εκεί θα γίνει ασταθής και θα καταρρεύσει κάτω από το βάρος της. Αυτό θα προκαλέσει τη θέρμανση του πυρήνα και την πυκνότητα, η οποία με τη σειρά της θα αναγκάσει τον Ήλιο να μεγαλώσει και να εισέλθει σε αυτό που είναι γνωστό ως η φάση του κόκκινου γίγαντα (RGB) της εξέλιξής του.
Αυτή η περίοδος θα ξεκινήσει με τον Ήλιο μας να γίνει υποτακτικό, στο οποίο θα διπλασιαστεί σιγά-σιγά σε μέγεθος κατά τη διάρκεια περίπου μισού δισεκατομμυρίου ετών. Στη συνέχεια, θα περάσει τα επόμενα μισά δισεκατομμύρια χρόνια επεκτείνοντας πιο γρήγορα, έως ότου είναι 200 φορές το τρέχον μέγεθός του και αρκετές χιλιάδες φορές πιο φωτεινή. Στη συνέχεια θα είναι επίσημα ένα κόκκινο γιγαντιαίο αστέρι, που τελικά επεκτείνεται στο σημείο που φτάνει πέρα από την τροχιά του Άρη.
Όπως διερευνήσαμε σε ένα προηγούμενο άρθρο, ο πλανήτης Γη δεν θα επιβιώσει από τον Ήλιο μας να γίνει Ερυθρός Γίγαντας - ούτε ο Ερμής, η Αφροδίτη ή ο Άρης. Όμως, πέρα από τη «γραμμή παγετού», όπου είναι αρκετά κρύο, οι πτητικές ενώσεις - όπως νερό, αμμωνία, μεθάνιο, διοξείδιο του άνθρακα και μονοξείδιο του άνθρακα - παραμένουν σε παγωμένη κατάσταση, οι υπόλοιποι γίγαντες αερίου, γίγαντες πάγου και πλανήτες νάνων θα επιβιώσουν . Όχι μόνο αυτό, αλλά θα τεθεί σε τεράστια απόψυξη.
Με λίγα λόγια, όταν το αστέρι επεκτείνεται, η «κατοικήσιμη ζώνη» του πιθανότατα θα κάνει το ίδιο, περιλαμβάνοντας τις τροχιές του Δία και του Κρόνου. Όταν συμβεί αυτό, πρώην ακατοίκητα μέρη - όπως τα φεγγάρια Jovian και Cronian - θα μπορούσαν ξαφνικά να κατοικηθούν. Το ίδιο ισχύει και για πολλά άλλα αστέρια στο Σύμπαν, τα οποία είναι πιθανό να γίνουν Red Giants καθώς πλησιάζουν στο τέλος της διάρκειας ζωής τους.
Ωστόσο, όταν ο Ήλιος μας φτάσει στη φάση του Red Giant Branch, αναμένεται μόνο 120 εκατομμύρια χρόνια ενεργού ζωής. Δεν είναι αρκετός χρόνος για να εμφανιστούν νέες μορφές ζωής, να εξελιχθούν και να γίνουν πραγματικά περίπλοκες (δηλαδή όπως οι άνθρωποι και άλλα είδη θηλαστικών). Αλλά σύμφωνα με μια πρόσφατη ερευνητική μελέτη που εμφανίστηκε στο Η Αστροφυσική Εφημερίδα - με τίτλο "Ζωντανή Ζώνη Μετα-Κύρια Αστέρια Ακολουθίας" - ορισμένοι πλανήτες μπορεί να παραμείνουν κατοικήσιμοι γύρω από άλλα κόκκινα γιγαντιαία αστέρια στο Σύμπαν μας για πολύ περισσότερο - έως και 9 δισεκατομμύρια χρόνια ή περισσότερο σε ορισμένες περιπτώσεις!
Για να το θέσουμε σε προοπτική, εννέα δισεκατομμύρια χρόνια πλησιάζει το διπλάσιο της τρέχουσας εποχής της Γης. Υποθέτοντας ότι οι εν λόγω κόσμοι έχουν επίσης το σωστό συνδυασμό στοιχείων, θα έχουν άφθονο χρόνο για να δημιουργήσουν νέες και περίπλοκες μορφές ζωής. Η συν-συγγραφέας της μελέτης, καθηγήτρια Lisa Kaltennegeris, είναι επίσης διευθύντρια του Ινστιτούτου Carl Sagan. Ως εκ τούτου, δεν είναι ξένη στην αναζήτηση ζωής σε άλλα μέρη του Σύμπαντος. Όπως εξήγησε στο Space Magazine μέσω email:
«Βρήκαμε ότι οι πλανήτες - ανάλογα με το πόσο μεγάλος είναι ο Ήλιος τους (όσο μικρότερο είναι το αστέρι, τόσο περισσότερο μπορεί να παραμείνει κατοικήσιμος ο πλανήτης) - μπορούν να παραμείνουν καλοί και ζεστοί για έως και 9 δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτό κάνει ένα παλιό αστέρι ένα ενδιαφέρον μέρος για να αναζητήσετε ζωή. Θα μπορούσε να είχε ξεκινήσει υποεπιφάνεια (π.χ. σε έναν παγωμένο ωκεανό) και στη συνέχεια όταν λιώσει ο πάγος, τα αέρια που αναπνέει η ζωή μέσα και έξω μπορούν να διαφύγουν στην ατμόσφαιρα - αυτό που επιτρέπει στους αστρονόμους να τα πάρουν ως υπογραφές της ζωής. Ή για τα μικρότερα αστέρια, ο χρόνος που ένας πρώην παγωμένος πλανήτης μπορεί να είναι καλός και ζεστός είναι έως και 9 δισεκατομμύρια χρόνια. Έτσι η ζωή θα μπορούσε ενδεχομένως να ξεκινήσει εκείνη τη στιγμή. "
Χρησιμοποιώντας υπάρχοντα μοντέλα αστεριών και την εξέλιξή τους - δηλαδή μονοδιάστατο κλίμα ακτινοβολίας-μεταφοράς και αστρικά εξελικτικά μοντέλα - για τη μελέτη τους, οι Kaltenegger και Ramirez κατάφεραν να υπολογίσουν τις αποστάσεις των κατοικήσιμων ζωνών (HZ) γύρω από μια σειρά μετα-κύριας ακολουθίας (μετά το MS) αστέρια. Ο Ramses M. Ramirez - ερευνητικός συνεργάτης στο Carl Sagan Institute και επικεφαλής συγγραφέας της εφημερίδας - εξήγησε την ερευνητική διαδικασία στο Space Magazine μέσω email:
«Χρησιμοποιήσαμε αστρικά εξελικτικά μοντέλα που μας λένε πώς οι αστρικές ποσότητες, κυρίως η φωτεινότητα, η ακτίνα και η θερμοκρασία αλλάζουν όλα με την πάροδο του χρόνου καθώς το αστέρι γερνά μέσα από την κόκκινη γίγαντα φάση. Χρησιμοποιήσαμε επίσης ένα κλιματικό μοντέλο για να υπολογίσουμε τότε πόση ενέργεια εκπέμπει κάθε αστέρι στα όρια της κατοικήσιμης ζώνης. Γνωρίζοντας αυτό και την αστρική φωτεινότητα που αναφέρθηκε παραπάνω, μπορούμε να υπολογίσουμε τις αποστάσεις σε αυτά τα κατοικήσιμα όρια ζώνης. "
Ταυτόχρονα, σκέφτηκαν πώς αυτό το είδος αστρικής εξέλιξης θα μπορούσε να επηρεάσει την ατμόσφαιρα των πλανητών του αστεριού. Καθώς ένα αστέρι διαστέλλεται, χάνει τη μάζα και το εκτοξεύει προς τα έξω με τη μορφή ηλιακού ανέμου. Για τους πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά κοντά σε ένα αστέρι ή σε αυτούς που έχουν χαμηλή επιφάνεια, μπορεί να βρουν κάποια ή ολόκληρη την ατμόσφαιρα τους. Από την άλλη πλευρά, πλανήτες με επαρκή μάζα (ή τοποθετημένοι σε ασφαλή απόσταση) θα μπορούσαν να διατηρήσουν το μεγαλύτερο μέρος της ατμόσφαιρας τους.
«Οι αστρικοί άνεμοι από αυτή τη μαζική απώλεια διαβρώνουν τις πλανητικές ατμόσφαιρες, τις οποίες υπολογίζουμε επίσης ως συνάρτηση του χρόνου», δήλωσε ο Ramirez. «Καθώς το αστέρι χάνει μάζα, το ηλιακό σύστημα διατηρεί τη γωνιακή ορμή μετακινώντας προς τα έξω. Λοιπόν, λαμβάνουμε επίσης υπόψη τον τρόπο με τον οποίο οι τροχιές κινούνται με το χρόνο. " Χρησιμοποιώντας μοντέλα που ενσωμάτωσαν το ρυθμό αστρικών και ατμοσφαιρικών απωλειών κατά τη διάρκεια των φάσεων Red Giant Branch (RGB) και Asymptotic Giant Branch (AGB), ήταν σε θέση να προσδιορίσουν πώς θα μπορούσε να συμβεί αυτό για πλανήτες που κυμαίνονταν σε μέγεθος από υπερ- Φεγγάρια σε σούπερ-γη.
Αυτό που βρήκαν ήταν ότι ένας πλανήτης μπορεί να παραμείνει σε μια μετά το HS HZ για αιώνες ή και περισσότερο, ανάλογα με το πόσο ζεστό είναι το αστέρι και υπολογίζοντας για μεταλλότητες που είναι παρόμοιες με αυτές του Ήλιου μας. Όπως εξήγησε ο Ramirez:
«Το κύριο αποτέλεσμα είναι ότι ο μέγιστος χρόνος που μπορεί να παραμείνει ένας πλανήτης σε αυτήν την κόκκινη γίγαντα κατοικήσιμη ζώνη με καυτά αστέρια είναι 200 εκατομμύρια χρόνια. Για το πιο δροσερό μας αστέρι (M1), ο μέγιστος χρόνος που μπορεί να παραμείνει ένας πλανήτης σε αυτήν την κόκκινη κατοικήσιμη ζώνη είναι 9 δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτά τα αποτελέσματα προϋποθέτουν επίπεδα μεταλλικότητας παρόμοια με αυτά του Ήλιου μας. Ένα αστέρι με υψηλότερο ποσοστό μετάλλων χρειάζεται περισσότερο χρόνο για τη σύντηξη των μη μετάλλων (H, He..etc) και έτσι αυτοί οι μέγιστοι χρόνοι μπορούν να αυξηθούν λίγο περισσότερο, έως περίπου έναν παράγοντα δύο. "
Στο πλαίσιο του Ηλιακού μας Συστήματος, αυτό θα μπορούσε να σημαίνει ότι σε λίγα δισεκατομμύρια χρόνια, κόσμοι όπως η Ευρώπη και ο Έλσελαντος (που είναι ήδη ύποπτοι ότι έχουν ζωή κάτω από τις παγωμένες επιφάνειές τους) θα μπορούσαν να πάρουν μια ευκαιρία να γίνουν πλήρεις κατοικήσιμοι κόσμοι. Όπως ο Ramirez συνοψίζει όμορφα:
«Αυτό σημαίνει ότι η μετα-κύρια-ακολουθία είναι μια άλλη δυνητικά ενδιαφέρουσα φάση της αστρικής εξέλιξης από την άποψη της βιωσιμότητας. Πολύ καιρό αφού το εσωτερικό σύστημα των πλανητών έχει μετατραπεί σε καταστροφικές ερημικές περιοχές από το αναπτυσσόμενο, αυξανόμενο κόκκινο γιγαντιαίο αστέρι, θα μπορούσαν ενδεχομένως να κατοικήσουν κατοικίες μακρύτερα από το χάος. Εάν είναι παγωμένοι κόσμοι, όπως η Europa, ο πάγος θα λιώσει, αποκαλύπτοντας ενδεχομένως οποιαδήποτε προϋπάρχουσα ζωή. Τέτοια προϋπάρχουσα ζωή μπορεί να ανιχνευθεί από μελλοντικές αποστολές / τηλεσκόπια που αναζητούν ατμοσφαιρική βιογραφία.”
Αλλά ίσως η πιο συναρπαστική απομάκρυνση από την ερευνητική τους μελέτη ήταν το συμπέρασμά τους ότι πλανήτες που βρίσκονταν σε τροχιά γύρω από τις κατοικήσιμες ζώνες μετά το MS θα το έκαναν σε αποστάσεις που θα τους καθιστούσαν ανιχνεύσιμους χρησιμοποιώντας τεχνικές άμεσης απεικόνισης. Επομένως, όχι μόνο οι πιθανότητες εύρεσης ζωής γύρω από μεγαλύτερα αστέρια είναι καλύτερες από ό, τι πιστεύαμε προηγουμένως, δεν πρέπει να έχουμε κανένα πρόβλημα να τα εντοπίσουμε χρησιμοποιώντας τις τρέχουσες τεχνικές κυνηγιού εξωπλανήτη!
Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι ο Kaltenegger και ο Dr. Ramirez έχουν υποβάλει ένα δεύτερο έγγραφο για δημοσίευση, στο οποίο παρέχουν μια λίστα με 23 κόκκινα γίγαντα αστέρια εντός 100 ετών φωτός από τη Γη. Γνωρίζοντας ότι αυτά τα αστέρια, όλα που βρίσκονται στην αστρική μας γειτονιά, θα μπορούσαν να έχουν βιώσιμους κόσμους εντός των κατοικήσιμων ζωνών τους, θα πρέπει να παρέχουν επιπλέον ευκαιρίες στους κυνηγούς πλανητών τα επόμενα χρόνια.
Και φροντίστε να δείτε αυτό το βίντεο από το Cornellcast, όπου η καθηγήτρια Kaltenegger μοιράζεται αυτό που εμπνέει την επιστημονική της περιέργεια και πώς οι επιστήμονες του Cornell εργάζονται για να βρουν αποδείξεις για εξωγήινη ζωή.
