Det är ett välkänt faktum att alla stjärnor har en livslängd. Detta börjar med deras bildning och fortsätter sedan genom deras huvudsekvensfas (som utgör huvuddelen av deras liv) innan de slutar i döden. I de flesta fall sväller stjärnor upp till flera hundra gånger sin normala storlek när de lämnar huvudsekvensfasen i deras liv, under vilken tid de sannolikt kommer att konsumera alla planeter som går i omlopp nära dem.
Men för planeter som kretsar runt stjärnan på större avstånd (bortom systemets "Frost Line", i huvudsak), kan förhållandena faktiskt bli tillräckligt varma för att de ska kunna stödja livet. Och enligt ny forskning som kommer från Carl Sagan-institutet vid Cornell University kan denna situation pågå i några stjärnsystem i miljarder år och ge upphov till helt nya former av utomjordiskt liv!
Om cirka 5,4 miljarder år från och med nu kommer vår sol att lämna sin huvudsekvensfas. Efter att ha använt vätgasbränslet i sin kärna, kommer den inerta heliumaska som har byggts upp där att bli instabil och kollapsa under sin egen vikt. Detta kommer att få kärnan att värmas upp och bli tätare, vilket i sin tur kommer att få solen att växa i storlek och gå in i den så kallade Red Giant-Branch (RGB) -fasen i dess utveckling.
Denna period kommer att börja med att vår sol blir en subgiant, i vilken den långsamt kommer att fördubblas i storlek under cirka en halv miljard år. Sedan kommer den att spendera de närmaste en halv miljarder åren på att expandera snabbare tills den är 200 gånger sin nuvarande storlek och flera tusentals gånger mer lysande. Det kommer då officiellt att vara en röd jätte- stjärna, som så småningom expanderar till den punkt där den når bortom Mars 'bana.
Som vi utforskade i en tidigare artikel kommer planetjorden inte att överleva att vår sol blir en röd jätte - inte heller Merkurius, Venus eller Mars. Men bortom "Frost Line", där det är tillräckligt kallt att flyktiga föreningar - som vatten, ammoniak, metan, koldioxid och kolmonoxid - förblir i fryst tillstånd, de kvarvarande gasjättarna, isjättarna och dvärgplaneterna kommer att överleva . Inte bara det, utan en massiv tö kommer att komma in.
Kort sagt, när stjärnan expanderar, kommer dess "bebodliga zon" sannolikt att göra detsamma, som omfattar Jupiter och Saturns banor. När detta händer kan tidigare obebodda platser - som joviska och croniska månar - plötsligt bli bebodda. Detsamma gäller för många andra stjärnor i universum, som alla är öde för att bli röda jättar när de närmar sig slutet på deras livslängd.
Men när vår sol når sin Red Giant Branch-fas förväntas den bara ha 120 miljoner år aktivt liv kvar. Detta är inte tillräckligt med tid för nya livsformer att dyka upp, utvecklas och bli riktigt komplexa (dvs som människor och andra arter av däggdjur). Men enligt en ny forskningsstudie som dök upp i The Astrophysical Journal - med titeln "Habitable Zone of Post-Main Sequence Stars" - vissa planeter kan kanske förbli bebodda runt andra röda jättestjärnor i vårt universum mycket längre - upp till 9 miljarder år eller mer i vissa fall!
För att sätta det i perspektiv är nio miljarder år nära dubbelt så mycket som jordens nuvarande ålder. Så förutsatt att världarna i fråga också har rätt blandning av element, kommer de att ha god tid att ge upphov till nya och komplexa livsformer. Studiens medförfattare, professor Lisa Kaltennegeris, är också chef för Carl Sagan Institute. Som sådan är hon inte främling för att söka efter liv i andra delar av universum. Som hon förklarade till Space Magazine via e-post:
”Vi fann att planeter - beroende på hur stor deras sol är (desto mindre stjärnan, desto längre kan planeten förbli beboelig) - kan vara trevlig och varm i upp till 9 miljarder år. Det gör en gammal stjärna till en intressant plats att leta efter livet. Det kunde ha börjat underytan (t.ex. i ett fruset hav) och sedan när isen smälter kan gaserna som livet andas in och ut fly ut i atmosfären - det som gör det möjligt för astronomer att plocka upp dem som signaturer på livet. Eller för de minsta stjärnorna, tiden för en tidigare frusen planet kan vara fin och varm är upp till 9 miljarder år. Därmed kunde livet potentiellt även komma igång under den tiden. ”
Med hjälp av befintliga modeller av stjärnor och deras utveckling - dvs en-dimensionell strålningskonvektiv klimat och stjärna evolutionära modeller - för deras studie kunde Kaltenegger och Ramirez beräkna avståndet mellan de bebodda zonerna (HZ) runt en serie efter huvudsekvens (post-MS) stjärnor. Ramses M. Ramirez - en forskningsassistent vid Carl Sagan Institute och huvudförfattaren till uppsatsen - förklarade forskningsprocessen till Space Magazine via e-post:
”Vi använde stjärnmässiga evolutionära modeller som berättar för oss hur stellar kvantiteter, främst ljusstyrka, radie och temperatur, förändras med tiden när stjärnan åldras genom den röda jättefasen. Vi använde också en klimatmodell för att sedan beräkna hur mycket energi varje stjärna matar ut vid gränserna för den bebodda zonen. Genom att känna till detta och den stellära ljusstyrkan som nämns ovan kan vi beräkna avståndet till dessa bebodliga zongränser. "
Samtidigt övervägde de hur denna typ av stellarutveckling skulle kunna påverka atmosfären på stjärnans planeter. När en stjärna expanderar förlorar den massan och kastar den utåt i form av solvind. För planeter som går i anslutning till en stjärna, eller de som har låg ytvikt, kan de finna att några eller alla av deras atmosfärer sprängs bort. Å andra sidan kunde planeter med tillräcklig massa (eller placeras på säkert avstånd) bibehålla de flesta av sina atmosfärer.
"Stjärnvindarna från denna massförlust eroderar planetatmosfärer, som vi också beräknar som en funktion av tiden," sade Ramirez. ”När stjärnan förlorar massan, bevarar solsystemet vinkelmomentet genom att röra sig utåt. Så vi tar också hänsyn till hur banorna går ut med tiden. ” Genom att använda modeller som inkorporerade frekvensen av stellar och atmosfärisk förlust under Red Giant Branch (RGB) och Asymptotic Giant Branch (AGB) faser av stjärnan, kunde de bestämma hur detta skulle spela ut för planeter som varierade i storlek från super- Månar till superjordar.
Vad de hittade var att en planet kan stanna i en post-HS HZ i eons eller mer, beroende på hur varm stjärnan är, och räkna efter metalliciteter som liknar vår sol. Som Ramirez förklarade:
”Huvudresultatet är att den maximala tiden som en planet kan förbli i denna röda jätte bebyggliga zon med heta stjärnor är 200 miljoner år. För vår coolaste stjärna (M1) är den maximala tiden en planet kan stanna inom den här röda jätte bebyggda zonen 9 miljarder år. Dessa resultat antar metallicitetsnivåer som liknar våra Sun. En stjärna med en högre andel metaller tar längre tid att smälta icke-metallerna (H, He..etc) och så dessa maximala tider kan öka mer, upp till ungefär en faktor på två.
Inom ramen för vårt solsystem kan detta betyda att världar som Europa och Enceladus (som redan misstänks ha liv under sina iskalla ytor) om några miljarder år kan få ett skott på att bli fullvärda beboande världar. Som Ramirez sammanfattade vackert:
”Detta innebär att post-huvudsekvensen är en annan potentiellt intressant fas av stellarutveckling ur ett vanligt synvinkel. Långt efter att det inre planetsystemet har förvandlats till snutande ödemarker av den växande, växande röda jättestjärnan, kan det finnas potentiellt bebodda bostäder längre bort från kaoset. Om de är frusna världar, som Europa, skulle isen smälta och eventuellt avslöja något tidigare existens. Sådant tidigare liv kan upptäckas av framtida uppdrag / teleskop som letar efter atmosfäriska biosignaturer.”
Men kanske den mest spännande borttagningen från deras forskningsstudie var deras slutsats att planeter som kretsar kring deras stjärns bebyggbara zoner efter MS skulle göra det på avstånd som skulle göra dem upptäckbara med direktavbildningstekniker. Så inte bara är oddsen för att hitta livet runt äldre stjärnor bättre än tidigare trott, vi borde inte ha några problem med att upptäcka dem med nuvarande exoplanet-jakttekniker!
Det är också värt att notera att Kaltenegger och Dr. Ramirez har lagt fram ett andra papper för publicering, där de ger en lista över 23 röda jätte stjärnor inom 100 ljusår från Jorden. Att veta att dessa stjärnor, som alla finns i vårt stellar-kvarter, kan ha livslånga världar inom sina beboeliga zoner bör ge ytterligare möjligheter för planetjägare under de kommande åren.
Och se till att kolla in den här videon från Cornellcast, där professor Kaltenegger delar vad som inspirerar hennes vetenskapliga nyfikenhet och hur Cornells forskare arbetar för att hitta bevis på utomjordiskt liv.
