Strefy zamieszkiwalne wokół gwiazd. Co o nich wiemy?

Badania nad tym, gdzie może istnieć życie poza Ziemią, koncentrują się na tzw. strefach zamieszkiwalnych wokół gwiazd. Naukowcy analizują zarówno obecność wody w stanie ciekłym, jak i wpływ promieniowania UV na warunki panujące na egzoplanetach.

Strefy zamieszkiwalne a życie poza Ziemią

Poszukiwania życia poza Ziemią początkowo koncentrowały się na egzoplanetach krążących wokół gwiazd podobnych do Słońca – gwiazd typu widmowego G. Z czasem obiekty o małej masie, określane jako gwiazdy typu widmowego M i K, również stały się celem astrobiologii, głównie ze względu na ich znacznie dłuższy czas życia. Oznaczało to jednak, że strefa zamieszkiwalna (habitable zone – HZ), czyli obszar wokół gwiazdy, w którym mogłaby istnieć woda w stanie ciekłym, byłaby znacznie mniejsza niż w przypadku Układu Słonecznego i określana jest jako strefa zamieszkiwalna wody ciekłej (liquid water habitable zone – LW-HZ). Istnieje również inny typ ekosfery, obejmujący promieniowanie ultrafioletowe (UV) gwiazdy, które potencjalnie umożliwia warunki sprzyjające życiu (UV-HZ).

W ramach nowego badania naukowcy m.in. z Nanjing University, Shandong University i Tongji University udoskonalili definicję UV-HZ. Analizy te mogą pomóc naukowcom w poszukiwaniach życia poza Ziemią oraz lepiej określić parametry i warunki, jakie muszą zaistnieć na egzoplanetach, aby mogło się na nich rozwinąć życie. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „The Innovation”.

Strefa wody ciekłej (LW-HZ) i promieniowania UV (UV-HZ)

Astronomowie wykorzystali modele i obliczenia naukowe, aby ocenić, czy zwiększona aktywność rozbłysków słonecznych mogłaby wpłynąć na kształt i odległość UV-HZ. Naukowcy starali się dowiedzieć, czy procesy chemiczne wytwarzające budulce RNA byłyby możliwe w tych obszarach. Dodatkowo ocenili, w jakim stopniu aktywność słoneczna gwiazd o małej masie wpływa na UV-HZ oraz jak ma się to do parametrów odległości dla strefy zamieszkiwalnej wody ciekłej. Jednym z głównych celów badania było ustalenie, czy UV-HZ i LW-HZ mogą się na siebie nakładać.

Gwiazdy typu K i M jako obiekty badań

Naukowcy zastosowali swoje modele do dziewięciu potwierdzonych egzoplanet krążących wokół gwiazd typu widmowego K i M: Kepler-1540 b (typ K), KOI-7703.01 (typ K), KOI-8047.01 (typ M), Kepler-155 c (typ K), KOI-5879.01 (typ M), Kepler-1512 b (typ M), Kepler-438 b (typ M), KOI-7706.01 (typ K) i KOI-8012.01 (typ M). Wszystkie te egzoplanety zostały potwierdzone lub najpewniej są skaliste, z wyjątkiem Kepler-1540 b, która została sklasyfikowana jako egzoplaneta podobna do Neptuna.

Badacze odkryli, że choć zarówno UV-HZ, jak i LW-HZ mogą nakładać się na siebie wokół gwiazd o małej masie, tylko trzy z dziewięciu analizowanych egzoplanet krążyły w obrębie tego regionu (KOI-8012.01, KOI-8047.01 i KOI-7703.01). Naukowcy wskazali, że konieczne będą dalsze obserwacje Kepler-1540 b, Kepler-438 b i Kepler-155 c, aby potwierdzić ich zdatność do zamieszkania przy ich temperaturach powierzchniowych.

Wpływ aktywności gwiazd na warunki na egzoplanetach

„Chociaż wiele egzoplanet zostało zbadanych statystycznie, ocena zdatności do zamieszkania poszczególnych z nich jest nadal wyzwaniem zarówno z perspektywy astrobiologicznej, jak i obserwacyjnej. Ocena stref zamieszkiwalnych wokół gwiazd pod różnymi kątami pomaga nam lepiej zrozumieć, czy na tych obcych światach mogłoby istnieć życie. Poprzez lepsze zrozumienie stref zamieszkiwalnych i stworzenie kompleksowego katalogu planet znajdujących się w ich obrębie, możemy wnioskować, że planety typu ziemskiego znajdujące się jednocześnie w strefie zamieszkiwalnej wody ciekłej, jak i promieniowania UV, mają większe szanse na podtrzymanie życia” – twierdzą naukowcy.

Jak zauważają astronomowie, gwiazdy typu widmowego K i M są mniejsze i chłodniejsze od Słońca, a ich średnie masy wynoszą odpowiednio 0,45–0,8 oraz 0,08–0,45 masy naszej gwiazdy. Mimo mniejszych rozmiarów i niższych temperatur zainteresowanie poszukiwaniem egzoplanet krążących wokół obu typów gwiazd wzrosło w ostatnich latach. Jest to szczególnie widoczne w przypadku gwiazd typu widmowego M, ponieważ badacze szacują, że stanowią one około 70 proc. gwiazd w Drodze Mlecznej. Dodatkowo, podczas gdy Słońce ma przybliżony czas życia wynoszący około 10 miliardów lat, szacuje się, że gwiazdy typu K i M mogą istnieć odpowiednio od 15 do 70 miliardów lat oraz od 100 miliardów do nawet 14 bilionów lat.

Czy w układzie TRAPPIST-1 może istnieć życie?

Zdaniem naukowców jednym z najbardziej intrygujących systemów egzoplanetarnych z gwiazdą typu widmowego M był TRAPPIST-1, w którym znajduje się siedem skalistych światów. Choć wszystkie planety krążą bardzo blisko swojej gwiazdy, a ich okresy orbitalne wynoszą od jednego do 12 dni, trzy z nich znajdują się w strefie zamieszkiwalnej. Mimo tych obiecujących danych astronomowie postawili hipotezę, że planety te obracają się synchronicznie ze swoją gwiazdą macierzystą (są ciągle odwrócone do niej tą samą stroną), która dodatkowo wykazuje dużą aktywność i emituje silne promieniowanie słoneczne. Oznacza to, że potencjalna zdatność do zamieszkania siedmiu planet TRAPPIST-1 nie jest pewna.

Emil Gołoś