Det er et kendt faktum, at alle stjerner har en levetid. Dette begynder med deres dannelse og fortsætter derefter gennem deres vigtigste sekvensfase (som udgør størstedelen af deres liv), før de slutter i døden. I de fleste tilfælde vil stjerner svulme op til flere hundrede gange deres normale størrelse, når de forlader hovedfase af deres liv, i hvilket tidsrum de sandsynligvis vil forbruge planeter, der kredser tæt på dem.
For planeter, der kredser om stjernen i større afstand (ud over systemets "Frost Line", i det væsentlige), kan forholdene faktisk blive varme nok til, at de kan støtte livet. Og ifølge ny forskning, der kommer fra Carl Sagan-instituttet ved Cornell University, kunne denne situation vare i nogle stjernesystemer ind i milliarder af år, hvilket giver anledning til helt nye former for udenjordisk liv!
Om cirka 5,4 milliarder år fra nu vil vores sol afslutte sin hovedsekvensfase. Når brændstofbrændstoffet er opbrugt i sin kerne, vil den inerte heliumaske, der har opbygget der, blive ustabil og kollapse under sin egen vægt. Dette vil få kernen til at varme op og blive tættere, hvilket igen får Solen til at vokse i størrelse og gå ind i den såkaldte Red Giant-Branch (RGB) fase i dens udvikling.
Denne periode begynder med, at vores sol bliver en underordnet, hvor den langsomt vil fordobles i størrelse i løbet af cirka en halv milliard år. Den vil derefter bruge de næste halve milliarder år på at udvide sig hurtigere, indtil den er 200 gange sin nuværende størrelse og flere tusinder gange mere lysende. Det vil derefter officielt være en rød gigantisk stjerne, der til sidst udvides til det punkt, hvor den når ud over Mars 'bane.
Som vi udforskede i en tidligere artikel, overlever planeten Jorden ikke vores sol til at blive en rød kæmpe - og heller ikke Merkur, Venus eller Mars. Men ud over "Frost Line", hvor det er koldt nok, at flygtige forbindelser - såsom vand, ammoniak, metan, kuldioxid og kulilte - forbliver i frosset tilstand, de resterende gasgiganter, isgiganter og dværgplaneter overlever . Ikke kun det, men en massiv optøning kommer ind.
Kort sagt, når stjernen udvider sig, vil dens ”beboelige zone” sandsynligvis gøre det samme og omfatte Jupiter og Saturns baner. Når dette sker, kunne tidligere ubeboelige steder - som joviske og croniske måner - pludselig blive beboelige. Det samme gælder for mange andre stjerner i universet, som alle er bestemt til at blive røde giganter, når de nær ved slutningen af deres levetid.
Når vores sol når sin Red Giant Branch-fase, forventes det imidlertid kun at have 120 millioner år med aktivt liv tilbage. Dette er ikke helt nok tid til, at nye livsformer dukker op, udvikler sig og bliver virkelig komplekse (dvs. som mennesker og andre pattedyrarter). Men ifølge en nylig forskningsstudie, der dukkede op i The Astrophysical Journal - med titlen "Habitable Zone of Post-Main Sequence Stars" - nogle planeter kan muligvis forblive beboelige omkring andre røde kæmpe stjerner i vores univers i meget længere tid - op til 9 milliarder år eller mere i nogle tilfælde!
For at sætte det i perspektiv er ni milliarder år tæt på det dobbelte af den nuværende jordalder. Så hvis man antager, at de pågældende verdener også har den rette blanding af elementer, vil de have rigelig tid til at give anledning til nye og komplekse livsformer. Undersøgelsens medforfatter, professor Lisa Kaltennegeris, er også direktør for Carl Sagan Institute. Som sådan er hun ikke fremmed for at søge efter livet i andre dele af universet. Som hun forklarede til Space Magazine via e-mail:
”Vi fandt, at planeter - afhængigt af hvor stor deres sol er (jo mindre stjerne, jo længere planet kan forblive beboelig) - kan forblive dejlige og varme i op til 9 milliarder år. Det gør en gammel stjerne til et interessant sted at se efter livet. Det kunne have startet underoverfladen (f.eks. I et frossent hav), og når isen smelter, kan gasserne, som livet trækker ind og ud, flygte ud i atmosfæren - hvad gør det muligt for astronomer at samle dem op som signaturer på livet. Eller for de mindste stjerner er den tid, en tidligere frosset planet kan være god og varm, op til 9 milliarder år. Således kunne livet potentielt endda komme i gang i den tid. ”
Ved hjælp af eksisterende modeller af stjerner og deres evolution - dvs. en-dimensionelt stråle-konvektiv klima og stjernemæssige evolutionære modeller - til deres undersøgelse, var Kaltenegger og Ramirez i stand til at beregne afstandene til de beboelige zoner (HZ) omkring en række post-Main Sequence (post-MS) stjerner. Ramses M. Ramirez - en forskningsassistent ved Carl Sagan Institute og hovedforfatter af papiret - forklarede forskningsprocessen til Space Magazine via e-mail:
”Vi brugte stjernemæssige evolutionære modeller, der fortæller os, hvordan stjernemængder, hovedsageligt lysstyrke, radius og temperatur, alle ændrer sig med tiden, når stjernen ældes gennem den røde gigantfase. Vi brugte også en klimamodel til derefter at beregne, hvor meget energi hver stjerne udsender ved grænserne for den beboelige zone. Når vi kender dette og den stjernernes lysstyrke, der er nævnt ovenfor, kan vi beregne afstandene til disse beboelige zonegrænser. ”
På samme tid overvejede de, hvordan denne form for stjerneudvikling kunne påvirke atmosfæren på stjernens planeter. Når en stjerne ekspanderer, mister den masse og skubber den ud i form af solvind. For planeter, der kredser tæt på en stjerne, eller dem, der har lav overfladetyngdekraft, kan de finde nogle af eller alle deres atmosfærer sprængt væk. På den anden side kunne planeter med tilstrækkelig masse (eller placeret i sikker afstand) opretholde det meste af deres atmosfære.
”Stjernevindene fra dette massetab eroderer planetariske atmosfærer, som vi også beregner som en funktion af tiden,” sagde Ramirez. ”Da stjernen mister masse, bevarer solsystemet vinkelmoment ved at bevæge sig udad. Så vi tager også højde for, hvordan banerne bevæger sig ud med tiden. ” Ved at bruge modeller, der inkorporerede frekvensen af stjernernes og atmosfæriske tab under Red Giant Branch (RGB) og Asymptotic Giant Branch (AGB) faser af stjerne, kunne de bestemme, hvordan dette ville spille ud for planeter, der varierede i størrelse fra super- Måner til superjordene.
Hvad de fandt var, at en planet kan bo i en post-HS HZ i eoner eller mere, afhængigt af hvor varm stjernen er, og at finde ud af metalliciteter, der ligner vores sol. Som Ramirez forklarede:
”Hovedresultatet er, at den maksimale tid, en planet kan forblive i denne røde kæmpe beboelige zone med varme stjerner, er 200 millioner år. For vores sejeste stjerne (M1) er den maksimale tid, en planet kan forblive i denne røde kæmpe beboelige zone, 9 milliarder år. Disse resultater antager metallicitetsniveauer, der ligner niveauerne i vores sol. En stjerne med en højere procentdel af metaller tager længere tid på at smelte sammen ikke-metaller (H, He..etc), og derfor kan disse maksimale tider øges mere, op til cirka en faktor på to. ”
Inden for rammerne af vores solsystem kan dette betyde, at verdener som Europa og Enceladus i nogle få milliarder år (som allerede er mistænkt for at have liv under deres iskolde overflader) kan få et skud på at blive fulde beboelige verdener. Som Ramirez opsummerede smukt:
”Dette betyder, at post-hovedsekvensen er en anden potentielt interessant fase af stjernestatusudvikling set ud fra et beboelsesmæssigt synspunkt. Længe efter at det indre planetsystem er blevet omdannet til sydende ødemarker af den ekspanderende, voksende røde gigantstjerne, kunne der være potentielt beboelige opholdssteder længere væk fra kaoset. Hvis de er frosne verdener som Europa, ville isen smelte og muligvis afsløre ethvert forudgående liv. Sådan forudbestemt liv kan detekteres ved fremtidige missioner / teleskoper, der leder efter atmosfæriske biosignaturer.”
Men måske den mest spændende take-away fra deres forskningsundersøgelse var deres konklusion om, at planeter, der kredser inden for deres stjernes beboelige zoner efter MS, ville gøre det i afstande, der ville gøre dem detekterbare ved hjælp af direkte billeddannelsesteknikker. Så ikke kun er oddset for at finde livet omkring ældre stjerner bedre end tidligere antaget, vi skulle ikke have nogen problemer med at se dem ved hjælp af nuværende eksoplanet-jagtteknikker!
Det er også værd at bemærke, at Kaltenegger og Dr. Ramirez har forelagt et andet papir til offentliggørelse, hvor de giver en liste over 23 røde kæmpe stjerner inden for 100 lysår fra Jorden. At vide, at disse stjerner, som alle er i vores stjernede kvarter, kunne have livsbærende verdener inden for deres beboelige zoner, bør give yderligere muligheder for planetjægere i de kommende år.
Og sørg for at tjekke denne video fra Cornellcast, hvor prof. Kaltenegger deler, hvad der inspirerer hendes videnskabelige nysgerrighed, og hvordan Cornells videnskabsmænd arbejder for at finde bevis for udenjordisk liv.
