Η αναζήτηση εξωγήινης ζωής εκτός του ηλιακού μας συστήματος εστιάζεται επί του παρόντος σε εξωηλιακούς πλανήτες εντός των «κατοικήσιμων ζωνών» εξωπλανητικών συστημάτων γύρω από αστέρια παρόμοια με τον Ήλιο Η εύρεση πλανητών που μοιάζουν με 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 αποστάσεων πάνω από τις οποίες θα μπορούσε να υπάρχει υγρό νερό στην επιφάνεια ενός επίγειου πλανήτη, δεδομένης μιας αρκετά πυκνής ατμόσφαιρας. Οι επίγειοι πλανήτες ορίζονται γενικά ως βραχώδεις και παρόμοιοι με τη Γη σε μέγεθος και μάζα. Εδώ εμφανίζεται μια απεικόνιση των κατοικήσιμων ζωνών γύρω από αστέρια διαφορετικών διαμέτρων και φωτεινότητας και θερμοκρασίας. Η κόκκινη περιοχή είναι πολύ ζεστή, η μπλε περιοχή είναι πολύ κρύα, αλλά η πράσινη περιοχή είναι ακριβώς κατάλληλη για υγρό νερό. Επειδή μπορεί να περιγραφεί με αυτόν τον τρόπο, το HZ αναφέρεται επίσης ως «Ζώνη Goldilocks».
Κανονικά, θεωρούμε ότι οι πλανήτες γύρω από άλλα αστέρια είναι παρόμοιοι με το ηλιακό μας σύστημα, όπου μια ακολουθία πλανητών περιστρέφεται σε ένα μόνο αστέρι. Αν και θεωρητικά εφικτό, οι επιστήμονες συζήτησαν εάν θα μπορούσαν να βρεθούν πλανήτες γύρω από ζεύγη αστεριών ή πολλαπλών συστημάτων αστεριών. Στη συνέχεια, τον Σεπτέμβριο του 2011, οι ερευνητές στην αποστολή Kepler της NASA ανακοίνωσαν την ανακάλυψη του Kepler-16b, ενός κρύου, αέριου, πλανήτη μεγέθους Κρόνου που περιστρέφεται γύρω από ένα ζευγάρι αστέρια, όπως το φανταστικό τατουάζ του Star Wars.
Αυτή την εβδομάδα είχα την ευκαιρία να συνεντεύξω ένα από τα νεαρά όπλα που μελετούσαν εξωπλανήτες, τον Μπίλι Κουάρες. Τη Δευτέρα, ο Μπίλι και οι συν-συγγραφείς του, ο καθηγητής Zdzislaw Musielak και ο αναπληρωτής καθηγητής Manfred Cuntz, παρουσίασαν τα ευρήματά τους σχετικά με την πιθανότητα πλανητών που μοιάζουν με τη Γη μέσα στις κατοικήσιμες ζώνες του Kepler 16 και άλλων συστημάτων αστρονομικών αστεριών, στη συνάντηση AAS στο Ώστιν του Τέξας .
«Για να ορίσουμε την κατοικήσιμη ζώνη υπολογίζουμε την ποσότητα ροής που προσπίπτει σε ένα αντικείμενο σε μια δεδομένη απόσταση», εξήγησε ο Μπίλι. «Επίσης, λάβαμε υπόψη ότι διαφορετικοί πλανήτες με διαφορετικές ατμόσφαιρες θα διατηρήσουν τη θερμότητα διαφορετικά. Ένας πλανήτης με ένα πραγματικά αδύναμο φαινόμενο θερμοκηπίου μπορεί να είναι πιο κοντά στα αστέρια. Για έναν πλανήτη με πολύ ισχυρότερο φαινόμενο θερμοκηπίου, η κατοικήσιμη ζώνη θα είναι πιο μακριά. "
«Στη συγκεκριμένη μελέτη μας, έχουμε έναν πλανήτη σε τροχιά γύρω από δύο αστέρια. Ένα από τα αστέρια είναι πολύ πιο φωτεινό από το άλλο. Τόσο πιο φωτεινό, που αγνοήσαμε εντελώς τη ροή που προέρχεται από το μικρότερο πιο αδύναμο σύντροφο. Έτσι, ο ορισμός μας για την κατοικήσιμη ζώνη σε αυτήν την περίπτωση είναι μια συντηρητική εκτίμηση. "
Ο Quarles και οι συνάδελφοί του πραγματοποίησαν εκτεταμένες αριθμητικές μελέτες σχετικά με τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα των πλανητικών τροχιών στο Kepler 16 HZ. «Η σταθερότητα της πλανητικής τροχιάς εξαρτάται από την απόσταση από τα δυαδικά αστέρια», δήλωσε ο Quarles. "Όσο πιο μακριά τόσο πιο σταθερά τείνουν να είναι, επειδή υπάρχει λιγότερη διαταραχή από το δευτερεύον αστέρι."
Για το σύστημα Kepler 16, οι πλανητικές τροχιές γύρω από το πρωτεύον αστέρι είναι σταθερές μόνο στα 0,0675 AU (αστρονομικές μονάδες). «Αυτό είναι πολύ εντός του εσωτερικού ορίου βιωσιμότητας, όπου το φαινόμενο του θερμοκηπίου ξεφεύγει», εξήγησε ο Μπίλι. Αυτό δεν αποκλείει παρά 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 ζευγάρι των αστεριών χαμηλής μάζας του Kepler 16, είναι σταθερές σε χρονικές κλίμακες ενός εκατομμυρίου ετών και άνω, παρέχοντας την πιθανότητα η ζωή να εξελιχθεί σε έναν πλανήτη μέσα σε αυτό το HZ.
Η κυκλική τροχιά του Kepler 16b, περίπου 65 εκατομμύρια μίλια από τα αστέρια, βρίσκεται στο εξωτερικό άκρο αυτής της κατοικήσιμης ζώνης. Όντας ένας γίγαντας φυσικού αερίου, το 16b δεν είναι κατοικήσιμος επίγειος πλανήτης. Ωστόσο, ένα φεγγάρι σαν τη Γη, α Σελήνη Goldilocks, σε τροχιά γύρω από αυτόν τον πλανήτη θα μπορούσε να διατηρήσει τη ζωή εάν ήταν αρκετά ογκώδης για να διατηρήσει μια γήινη ατμόσφαιρα. «Αποφασίσαμε ότι υπάρχει δυνατότητα κατοίκησης εξωμόνων σε τροχιά γύρω από το Kepler-16b», δήλωσε ο Quarles.
Ρώτησα τους Quarles πώς η αστρική εξέλιξη επηρεάζει αυτές τις ζώνες Goldilocks. Μου είπε: «Υπάρχουν πολλά πράγματα που πρέπει να λάβουμε υπόψη κατά τη διάρκεια ζωής ενός συστήματος. Ένα από αυτά είναι πώς το αστέρι εξελίσσεται με την πάροδο του χρόνου. Στις περισσότερες περιπτώσεις η κατοικήσιμη ζώνη ξεκινά από κοντά και στη συνέχεια μεταφέρεται αργά. "
Κατά τη διάρκεια 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 είναι πιο ογκώδη και χαμηλότερα σε μεταλλικότητα. Αυτές οι αλλαγές επηρεάζουν τις εξωτερικές περιοχές του αστεριού, με αποτέλεσμα τη σταθερή αύξηση της φωτεινότητας και την αποτελεσματική θερμοκρασία. Το αστέρι γίνεται πιο φωτεινό, με αποτέλεσμα το HZ να κινείται προς τα έξω. Αυτή η κίνηση θα μπορούσε να οδηγήσει σε έναν πλανήτη μέσα στο HZ στην αρχή της κύριας ακολουθίας ενός αστεριού, να γίνει πολύ ζεστό και τελικά ακατοίκητο. 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 αστρικό τμήμα εξέλιξης», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας, Quarles. «Τρέξαμε τα μοντέλα μας για ένα εκατομμύριο χρόνια για να δούμε πού ήταν η κατοικήσιμη ζώνη για αυτό το μέρος του κύκλου ζωής του αστεριού».
Το να βρίσκεσαι στη σωστή απόσταση από το αστέρι του είναι μόνο μία από τις απαραίτητες προϋποθέσεις που απαιτούνται για να κατοικήσει 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 στερείται νερού, η βαρύτητα μπορεί να είναι πολύ αδύναμη για να διατηρήσει μια πυκνή ατμόσφαιρα, ο ρυθμός των μεγάλων επιπτώσεων μπορεί να είναι πολύ υψηλός, ή τα ελάχιστα απαραίτητα συστατικά για τη ζωή (ακόμα για συζήτηση) μπορεί να μην είναι εκεί.
Ένα πράγμα είναι σαφές. Ακόμα και με όλες τις προϋποθέσεις για τη ζωή όπως το γνωρίζουμε, φαίνεται ότι υπάρχουν πολλοί πλανήτες γύρω από άλλα αστέρια, και πολύ πιθανό, Goldilocks φεγγάρια γύρω από πλανήτες, σε τροχιά γύρω από τις κατοικήσιμες ζώνες των αστεριών στον γαλαξία μας, ότι η ανίχνευση της υπογραφής της ζωής στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη ή ενός φεγγαριού γύρω από έναν άλλο Ήλιο μοιάζει με θέμα χρόνου τώρα.
