Słońce jest wyjątkowe. Wiele gwiazd może nie sprzyjać życiu. Dlaczego?

Dyskusja na temat tego czy jesteśmy sami we wszechświecie toczy się praktycznie od zawsze. Jednak powstanie życia to tylko finał zbiegu okoliczności, które w przypadku Słońca mogły zaistnieć. Zanim pojawią się na planecie odpowiednie warunki klimatyczne, w tym będzie możliwość występowania wody w stanie ciekłym, zanim dostarczone zostaną, np. przez komety cegiełki życia, a nawet zanim dojdzie do uformowania się planety w tzw. ekosferze, czyli w odległości od macierzystej gwiazdy, w jakiej powyższe czynniki mogą zadziałać - sama gwiazda musi dać "zielone światło". I tu okazuje się, że nie dzieje się to tak często jak przewidywaliśmy.

Dlaczego Słońce jest wyjątkowe?

Gwiazdy, których jest najwięcej w kosmosie i wokół których powstaje najwięcej planet, wcale nie są tak przyjazne jak dotychczas uważaliśmy. Znacząco zawęził się wybór gwiazd, wokół których nie tylko powstały planety, ale i życie może się rozwijać, w świetle najnowszej analizy obserwacji w ultrafiolecie dla setek tysięcy obiektów w Galaktyce.

Nasza dzienna gwiazda - Słońce, wcale nie jest nawet najbardziej przeciętnym przedstawicielem populacji gwiazd. Tylko co trzynasta gwiazda w kosmosie jest do niego podobna. (fot: ESA)

Prawdopodobnie przede wszystkim gwiazdy typu podobnego do naszego Słońca gwarantują poziom promieniowania UV na tyle niewielki, żeby nie przeszkodzić tworzącemu się życiu. Nie ma też gwarancji, że wokół każdej gwiazdy takiej jak Słońce, nawet jeśli powstał wokół niej układ planetarny, powstanie życie. A Słońce jest wyjątkowe też z filozoficznej perspektywy - to tylko tu i na dodatek obecnie na jedenej planecie wedle naszej wiedzy są żywe organizmy.

Jak typ gwiazdy wpływa na szanse powstania planet?

Jednym ze sposobów klasyfikowania podstawowych typów gwiazd przez astronomów jest ich podział na typy widmowe, które mają związek z ich masą, a tym samym warunkami jakie istnieją na ich powierzchni, które determinują temperaturę, ale też to jak wygląda aktywność takiej gwiazdy. Gdy gwiazdy ewoluują ich typy widmowe ulegają zmianom, ale kluczowe z perspektywy powstania życia jest najdłuższy etap ich istnienia, jako zwykła gwiazda (tzw. gwiazda ciągu głównego).

Gwiazdy dzielimy na typy O B A F G K M, a każdy kolejny to gwiazdy mniej masywne i chłodniejsze. To oznacza, że ich ekosfery są z każdym kolejnym typem znacznie węższe i znajdują się bliżej tych gwiazd. To dlatego układy planetarne takie jak TRAPPIST-1 wokół chłodnego czerwonego karła (tak nazywa się najmniej masywne gwiazdy typu M) jest tak ciasny, że gdyby umieścić go w Układzie Słonecznym znalazły się głęboko wewnątrz orbity Merkurego.

Porównanie rozmiaru układu planetarnego TRAPPIST-1 i wewnętrznej części Układu Słonecznego. (fot: NASA)

Masa gwiazdy determinuje też czas życia. Najkrócej żyją gwiazdy typu O, bo co najwyżej 10 milionów lat. Gwiazdy typu F, czyli nieco większe i jaśniejsze niż Słońce, przechodzą do późnych etapów rozwoju już po 2 do 4 miliardach lat. Słońce jest gwiazdą typu G2, a jego czas istnienia jako gwiazda ciągu głównego to około 10 miliardów lat (znajdujemy się obecnie mniej więcej w połowie tego czasu). Z kolei nawet do dziesięciu razy dłużej niż gwiazdy podobne do Słońca egzystują gwiazdy typu K.

Na końcu klasyfikacji mamy gwiazdy typu M - takie, których masy nie przekraczają połowy masy Słońca, a często stanowią nawet tylko 8-10 procent. Dlatego nazywa się je czerwonymi karłami - do tej kategorii zalicza się także gwiazdy typu K. Nawet te, które powstały w początkach istnienia wszechświata wciąż są na podstawowym etapie istnienia i pozostaną na nim jeszcze bardzo długo. Z naszej perspektywy te mniej masywne z gwiazd typu K i gwiazdy typu M są gwiazdami nieśmiertelnymi.

Czas życia gwiazdy jest jednym z czynników, który wpływa na to czy życie się rozwinie. Bo też decyduje o tym, czy w ogóle uformują się wokół nich planety - kilka milionów lat to bardzo krótko, nawet biorąc pod uwagę, że układy planetarne powstają stosunkowo szybko  -skaliste planety Układu Słonecznego według astronomów uformował się w ciągu kilkudziesięciu milionów lat. A nawet jeśli te planety powstaną to musi rozwinąć się na nich życie, co w formie, którą traktujemy jako najpowszechniejszą - organizmy wymagające tlenu i wody, nie jest raczej procesem szybkim.

Porównanie gwiazd różnego typu widmowego. (fot: NASA)

Na dodatek im masywniejsze są danego typu gwiazdy, tym jest ich mniej we wszechświecie. Tych najmniej masywnych, typu M, jest 76% ogółu, ale takich jak Słońce, czyli typu G, już dziesięć razy mniej. Gwiazd typu B, które istnieją około kilkudziesięciu milionów lat, jest już tylko 0,12%.

Nie tylko czas istnienia gwiazd wpływa na powstanie życia

Na szanse powstania życia wpływ mają nie tylko szanse powstania układu planetarnego, ale też jak promieniowanie gwiazdy jest przyjazne jego ewolucji. I tu zaczyna się zabawa. Najmasywniejsze gwiazdy typu O i B cechuje bardzo wysoki poziom promieniowania ultrafioletowego (UV) i silne wiatry gwiazdowe, bo te obiekty szybko tracą masę nawet podczas podstawowego etapu ewolucji. Już to wystarczy, by szanse na powstanie życia zminimalizować do prawie zera. Również gwiazdy typu A generują silne promieniowanie UV, a na dodatek wykazują silną aktywność magnetyczną. Nie korzystniejsze jest również otoczenie gwiazd typu F.

Dopiero w przypadku Słońca poziom promieniowania UV jest na tyle niewielki, że nie wpływa zbyt negatywnie na atmosferę Ziemi. Owszem Słońce ma okresy zwiększonej aktywności, gdy promieniowanie UV przekracza bezpieczny poziom, ale nie są to etapy długotrwałe. Warto też zauważyć, że promieniowanie UV jest czynnikiem, który może życie zapoczątkować lecz na późniejszym etapie jego ewolucji staje się zagrożeniem, gdyż może zniszczyć atmosfery planet.

Wizualizacja planety, na której życie jest zagrożone przez silny rozbłysk UV. (fot: Univ. of Hawaii)

Najkorzystniej pod tym względem wypadały do niedawna gwiazdy typu K i M - szczególnie te tego pierwszego typu. Nie dość, że jest ich łącznie najwięcej w kosmosie, to wydawały się one stosunkowo spokojne pod względem aktywności w ultrafiolecie. Niestety ten obraz właśnie został zburzony. Astronomowie powiązali bowiem rozbłyski słoneczne, które są częstym zjawiskiem wokół mniej masywnych gwiazd, z etapem bardzo intensywnej emisji promieniowania UV. Rozbłyski mają miejsce także na Słońcu, a jest ich dużo szczególnie teraz gdy osiągnęło ono maksimum aktywności, ale nie są tak niebezpieczne jak to ma miejsce w przypadku gwiazd typu K, a szczególnie M, gdzie planety znajdują się bardzo blisko obiektu centralnego.

Dane z teleskopu GALEX plus nowoczesne komputery

Teleskop orbitalny GALEX (Galaxy Evolution Explorer) obserwował w świetle UV odległe galaktyki i gwiazdy Drogi Mlecznej przez 10 lat do 2013 r. Potem go wyłączono, tak jak ostatnio stało się to z NEOWISE, ale bazy danych obserwacyjnych pozostały. Teraz nadszedł czas, by połączyć je z innymi obserwacjami i dzięki komputerom przeanalizować ponownie. Dokonano tego dla około 300 tysięcy gwiazd w Galaktyce. I jak to zostało opisane, powiązano rozbłyski na powierzchni czerwonych karłów z intensywnym promieniowaniem w dalekim UV.

Poziom promieniowania UV w trakcie rozbłysku na powierzchni czerwonych karłów rośnie według obserwacji z teleskopu GALEX średnio trzykrotnie, a w niektórych przypadkach nawet dwunastokrotnie.

Trzykrotne zwiększenie dawki UV jak tłumaczy jeden z astronomów, którzy analizowali dane GALEX - jest porównywalne z różnicą w ekspozycji na to promieniowanie pomiędzy terenem Alaski i Hawajami. Taka zmiana oczywiście nie oznacza, że wokół gwiazd typu M bezwzględnie nie ma szans na powstanie życia, niemniej są one znacznie mniejsze niż przewidywano, gdyż istnienie atmosfer planetarnych jest znacząco zagrożone.

Wyniki nie tylko wpływają na nasz obraz kosmosu jako miejsca, w którym może rozwinąć się życie, ale też zmuszają astrofizyków to opracowania nowych modeli dla takich gwiazd. To także sygnał, że i wiedza o Słońcu wciąż nie jest pełna.

Źródło: scitechdaily, inf. własna