Det er et kjent faktum at alle stjerner har en levetid. Dette begynner med dannelsen av dem, og fortsetter deretter gjennom deres viktigste sekvensfase (som utgjør størstedelen av livet) før de slutter i døden. I de fleste tilfeller vil stjerner svulme opp til flere hundre ganger sin normale størrelse når de forlater hovedsekvensen i livet, i løpet av hvilken tid de sannsynligvis vil forbruke planeter som går i bane rundt dem.
For planeter som går i bane rundt stjernen på større avstander (utover systemets "Frost Line", i det vesentlige), kan imidlertid forholdene faktisk bli varme nok til at de kan støtte livet. Og i følge ny forskning som kommer fra Carl Sagan Institute ved Cornell University, kan denne situasjonen vare i noen stjernesystemer inn i milliarder av år, og gi opphav til helt nye former for utenomjordisk liv!
Om cirka 5,4 milliarder år fra nå vil vår sol forlate sin hovedsekvensfase. Etter å ha brukt opp brenselet i kjernen, vil den inerte heliumaska som har bygget seg der bli ustabil og kollapse under sin egen vekt. Dette vil føre til at kjernen varmes opp og blir tettere, noe som igjen vil føre til at solen vokser i størrelse og går inn i den som er kjent som RGB (Riant Giant-Branch) -fasen i utviklingen.
Denne perioden vil begynne med at Solen vår blir en underordnet, der den sakte vil dobles i størrelse i løpet av omtrent en halv milliard år. Den vil deretter bruke de neste halve milliardene årene på å utvide seg raskere, til den er 200 ganger sin nåværende størrelse og flere tusen ganger mer lysende. Det vil da offisielt være en rød gigantisk stjerne, til slutt utvide seg til det punktet der den når utover Mars 'bane.
Som vi utforsket i en tidligere artikkel, vil ikke jorda overleve sola vår til å bli en rød kjempe - og heller ikke Merkur, Venus eller Mars. Men utover "Frost Line", der det er kaldt nok til at flyktige forbindelser - som vann, ammoniakk, metan, karbondioksid og karbonmonoksid - forblir i frossen tilstand, vil de gjenværende gassgigantene, isgigantene og dvergplaneter overleve . Ikke bare det, men en massiv tining vil sette inn.
Kort sagt, når stjernen utvider seg, vil dens "beboelige sone" sannsynligvis gjøre det samme, og omfatte banene til Jupiter og Saturn. Når dette skjer, kan tidligere ubeboelige steder - som de joviske og croniske månene - plutselig bli beboelige. Det samme gjelder mange andre stjerner i universet, som alle er skjebne for å bli røde kjemper når de nær slutt på levetiden.
Når vår sol når sin Red Giant Branch-fase, forventes det imidlertid bare å ha 120 millioner år med aktivt liv igjen. Dette er ikke helt nok tid til at nye livsformer dukker opp, utvikler seg og blir virkelig komplekse (dvs. som mennesker og andre arter av pattedyr). Men ifølge en fersk forskningsstudie som dukket opp i The Astrophysical Journal - med tittelen "Habitable Zone of Post-Main Sequence Stars" - noen planeter kan være i stand til å forbli beboelige rundt andre røde kjempestjerner i vårt univers i mye lengre tid - opptil 9 milliarder år eller mer i noen tilfeller!
For å sette det i perspektiv er ni milliarder år nær det dobbelte av den nåværende jordalderen. Så forutsatt at de aktuelle verdenene også har den rette blandingen av elementer, vil de ha god tid til å gi opphav til nye og sammensatte livsformer. Studiens medforfatter, professor Lisa Kaltennegeris, er også direktør for Carl Sagan Institute. Som sådan er hun ikke fremmed for å søke etter liv i andre deler av universet. Som hun forklarte til Space Magazine via e-post:
"Vi fant at planeter - avhengig av hvor stor solen deres er (jo mindre stjernen, jo lenger kan planeten være beboelig) - kan holde seg fin og varm i opptil 9 milliarder år. Det gjør en gammel stjerne til et interessant sted å lete etter livet. Det kunne ha startet under overflaten (f.eks. I et frossent hav), og når isen smelter, kan gassene som livet puster inn og ut flykte ut i atmosfæren - det gjør at astronomer kan plukke dem opp som signaturer på livet. Eller for de minste stjernene, tiden en tidligere frossen planet kan være fin og varm er opptil 9 milliarder år. Dermed kan livet potensielt til og med komme i gang i den tiden. ”
Ved bruk av eksisterende modeller av stjerner og deres evolusjon - dvs. endimensjonal radiativ-konvektiv klima og stjernemessige evolusjonsmodeller - for deres studie, var Kaltenegger og Ramirez i stand til å beregne avstandene til de beboelige sonene (HZ) rundt en serie etter hovedsekvens (etter MS) stjerner. Ramses M. Ramirez - forskningsansvarlig ved Carl Sagan Institute og hovedforfatter av papiret - forklarte forskningsprosessen til Space Magazine via e-post:
“Vi brukte stjernemessige evolusjonsmodeller som forteller oss hvordan stjernemengder, hovedsakelig lysstyrke, radius og temperatur, alle endrer seg med tiden når stjernen eldes gjennom den røde gigantfasen. Vi brukte også en klimamodell for deretter å beregne hvor mye energi hver stjerne gir ut ved grensene for den beboelige sonen. Når vi vet dette og den stellære lysstyrken som er nevnt over, kan vi beregne avstandene til disse beboelige sonegrensene. "
Samtidig vurderte de hvordan denne typen stjernevolusjoner kunne påvirke atmosfæren til stjernens planeter. Når en stjerne ekspanderer, mister den masse og kaster den utover i form av solvind. For planeter som går i bane rundt en stjerne, eller de som har lav overflatetyngdekraft, kan de finne at noen av eller alle atmosfærene deres er sprengt bort. På den annen side kunne planeter med tilstrekkelig masse (eller plassert i sikker avstand) opprettholde det meste av atmosfæren.
"De stjernevindene fra dette massetapet eroderer planetariske atmosfærer, som vi også beregner som en funksjon av tiden," sa Ramirez. Når stjernen mister masse, bevarer solsystemet vinkelmoment ved å bevege seg utover. Så vi tar også hensyn til hvordan banene beveger seg ut med tiden. ” Ved å bruke modeller som inkorporerte frekvensen av stjernetap og atmosfæretap under Red Giant Branch (RGB) og Asymptotic Giant Branch (AGB) faser av stjernene, kunne de bestemme hvordan dette ville spille ut for planeter som varierte i størrelse fra super- Måner til superjordene.
Det de fant var at en planet kan bo i en post-HS HZ i eons eller mer, avhengig av hvor varm stjernen er, og finne ut for metalliteter som ligner vår sol. Som Ramirez forklarte:
”Hovedresultatet er at den maksimale tiden en planet kan forbli i denne røde kjempe beboelige sonen med varme stjerner er 200 millioner år. For vår kuleste stjerne (M1) er den maksimale tiden en planet kan holde seg i denne røde kjempe beboelige sonen 9 milliarder år. Disse resultatene antar metallisitetsnivåer som ligner vår sol. En stjerne med en høyere prosentandel av metaller tar lengre tid å smelte sammen ikke-metaller (H, He..etc), og så disse maksimale tidene kan øke noe mer, opp til omtrent en faktor på to. ”
Innenfor vårt solsystem kan dette bety at verdener som Europa og Enceladus (som allerede er mistenkt for å ha liv under de iskalde overflatene) i løpet av noen få milliarder år kan få et skudd for å bli fullverdige beboelige verdener. Som Ramirez oppsummerte vakkert:
“Dette betyr at post-hovedsekvensen er en annen potensiell interessant fase av stjernevolusjonen fra et levedyktighetssynspunkt. Lenge etter at det indre systemet med planeter er blitt omgjort til sydende ødemark av den ekspanderende, voksende røde kjempestjernen, kan det være potensielt beboelig tilhold lenger bort fra kaoset. Hvis de er frosne verdener, som Europa, ville isen smeltet og potensielt avduket noe forutgående liv. Slikt eksisterende liv kan være påvisbart ved fremtidige oppdrag / teleskoper som leter etter atmosfæriske biosignaturer.”
Men kanskje den mest spennende take-awayen fra forskningsstudien deres var deres konklusjon om at planeter som går i bane rundt stjernenes beboelige soner etter MS, ville gjøre det på avstander som ville gjøre dem detekterbare ved hjelp av direkte bildeteknikker. Så ikke bare er oddsen for å finne livet rundt eldre stjerner bedre enn tidligere antatt, vi bør ikke ha noen problemer med å oppdage dem ved å bruke nåværende eksoplanettjakt-teknikker!
Det er også verdt å merke seg at Kaltenegger og Dr. Ramirez har sendt inn et nytt papir for publisering, der de gir en liste over 23 røde kjempestjerner innen 100 lysår fra Jorden. Å vite at disse stjernene, som alle er i vårt stjerners nabolag, kan ha livsopprettholdende verdener i sine beboelige soner, bør gi flere muligheter for planetjegere de kommende årene.
Og husk å sjekke ut denne videoen fra Cornellcast, hvor prof. Kaltenegger deler hva som inspirerer hennes vitenskapelige nysgjerrighet og hvordan Cornells forskere jobber for å finne bevis på utenomjordisk liv.
