Για να φιλοξενήσει ζωή, τουλάχιστον όπως τη γνωρίζουμε, ένας πλανήτης πρέπει να περιστρέφεται γύρω από ένα αστέρι που είναι σχετικά ήρεμο και σταθερό. Η τροχιά του πλανήτη πρέπει επίσης να είναι σχεδόν κυκλική, έτσι ώστε ο πλανήτης να βιώνει παρόμοια ζέστη καθ' όλη τη διάρκεια του έτους. Και δεν πρέπει να είναι πολύ ζεστό, για να μην βράσει κανένα επιφανειακό νερό. όχι πολύ κρύο, για να μην παραμείνει το νερό κλειδωμένο στον πάγο. αλλά σωστά, έτσι ώστε τα ποτάμια και οι θάλασσες να παραμένουν υγρά.

Αυτά τα χαρακτηριστικά καθορίζουν μια «κατοικήσιμη ζώνη» γύρω από τα αστέρια - δελεαστικά μέρη που πρέπει να στοχεύσετε στην αναζήτηση φιλικών προς τη ζωή εξωπλανητών. Αλλά οι επιστήμονες υποβάλλουν όλο και περισσότερο ολόκληρο τον γαλαξία σε παρόμοια εξέταση. Με τον ίδιο τρόπο που οι ήπειροι με ξεχωριστές βιόσφαιρες φιλοξενούν ξεχωριστή χλωρίδα και πανίδα, διαφορετικές περιοχές του γαλαξία θα μπορούσαν να φιλοξενούν διαφορετικούς πληθυσμούς άστρων και πλανητών. Η ταραχώδης ιστορία του Γαλαξία σημαίνει ότι δεν είναι όλες οι γωνίες του γαλαξία ίδιες και ότι μόνο ορισμένες γαλαξιακές περιοχές μπορεί να είναι κατάλληλες για τη δημιουργία πλανητών που πιστεύουμε ότι θα μπορούσαν να κατοικηθούν.

Καθώς οι επιστήμονες εξωπλανητών τελειοποιούν τις ιδέες τους σχετικά με το πού να ψάξουν για εξωγήινη ζωή, εξετάζουν τώρα την προέλευση ενός αστεριού και τη γειτονιά του. Τζεσπερ Νίλσεν, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης. Νέες προσομοιώσεις, μαζί με παρατηρήσεις από δορυφόρους που κυνηγούν πλανήτες και παρακολουθούν εκατομμύρια αστέρια, δίνουν μια εικόνα του πώς διαφορετικές γαλαξιακές γειτονιές - και ίσως ακόμη και διαφορετικοί γαλαξίες - σχηματίζουν πλανήτες διαφορετικά.

«Αυτό, με τη σειρά του, μπορεί να μας βοηθήσει να καταλάβουμε καλύτερα πού να κατευθύνουμε τα τηλεσκόπια μας», είπε ο Nielsen.

Γαλαξιακή Γεωγραφία

Σήμερα, ο Γαλαξίας έχει περίπλοκη δομή. Η κεντρική υπερμεγέθης μαύρη τρύπα του περιβάλλεται από το «εξόγκωμα», μια παχιά μάζα αστεριών που περιέχει μερικούς από τους πιο ηλικιωμένους πολίτες του γαλαξία. Το εξόγκωμα περιβάλλεται από τον «λεπτό δίσκο», τη δομή που μπορείτε να δείτε να τυλίγει από πάνω σε μια καθαρή, σκοτεινή νύχτα. Τα περισσότερα αστέρια, συμπεριλαμβανομένου του ήλιου, βρίσκονται στους σπειροειδείς βραχίονες του λεπτού δίσκου, οι οποίοι αγκαλιάζονται από έναν ευρύτερο «χοντρό δίσκο» που περιέχει παλαιότερα αστέρια. Και ένα διάχυτο, ως επί το πλείστον σφαιρικό φωτοστέφανο από σκοτεινή ύλη, ζεστό αέριο και μερικά αστέρια τυλίγει ολόκληρη την αρχιτεκτονική.

Για τουλάχιστον δύο δεκαετίες, οι επιστήμονες αναρωτιούνται εάν οι κατοικήσιμες συνθήκες ποικίλλουν μεταξύ αυτών των δομών. Η πρώτη μελέτη της γαλαξιακής κατοικιμότητας χρονολογείται το 2004, όταν οι Αυστραλοί επιστήμονες Charles Lineweaver, Yeshe Fenner και Brad Gibson μοντελοποίησε την ιστορία του Γαλαξία και το χρησιμοποίησε για να μελετήσει πού μπορεί να βρεθούν κατοικήσιμες ζώνες. Ήθελαν να μάθουν ποια αστέρια-ξενιστές είχαν αρκετά βαριά στοιχεία (όπως άνθρακα και σίδηρο) για να σχηματίσουν βραχώδεις πλανήτες, ποια αστέρια υπήρχαν αρκετά για να εξελιχθεί πολύπλοκη ζωή και ποια αστέρια (και τυχόν πλανήτες σε τροχιά) ήταν ασφαλή από γειτονικούς σουπερνόβα. Κατέληξαν να ορίσουν μια «γαλαξιακή κατοικήσιμη ζώνη», μια περιοχή σε σχήμα ντόνατ με την τρύπα στο κέντρο του γαλαξία. Το εσωτερικό όριο της περιοχής ξεκινά περίπου 22,000 έτη φωτός από το γαλαξιακό κέντρο και το εξωτερικό της όριο τελειώνει περίπου 29,000 έτη φωτός έξω.

Τις δύο δεκαετίες από τότε, οι αστρονόμοι προσπάθησαν να ορίσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια τις μεταβλητές που ελέγχουν τόσο την αστρική όσο και την πλανητική εξέλιξη εντός του γαλαξία, είπε Κέβιν Σλάουφμαν, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο Johns Hopkins. Για παράδειγμα, είπε, οι πλανήτες γεννιούνται σε σκονισμένους δίσκους που περιβάλλουν νεογέννητα αστέρια και, με απλά λόγια, εάν «ένας πρωτοπλανητικός δίσκος έχει πολύ υλικό που μπορεί να κάνει πέτρες, τότε θα κάνει περισσότερους πλανήτες».

Ορισμένες περιοχές του γαλαξία μπορεί να είναι πιο πυκνές με αυτά τα συστατικά που δημιουργούν πλανήτες από άλλες, και οι επιστήμονες εργάζονται τώρα για να κατανοήσουν πόσο οι γαλαξιακές γειτονιές επηρεάζουν τους πλανήτες που φιλοξενούν.

Εδώ είναι εξωπλανήτες

Μεταξύ των περίπου 4,000 γνωστών εξωπλανητών, μέχρι στιγμής υπάρχουν λίγοι κανόνες που διέπουν ποιοι τύποι πλανητών ζουν πού. κανένα σύστημα αστέρων μοιάζει αρκετά με το δικό μας, και οι περισσότεροι από αυτούς ούτε καν μοιάζουν πολύ μεταξύ τους.

Ο Nielsen και οι συνεργάτες του ήθελαν να μάθουν εάν οι πλανήτες θα μπορούσαν να σχηματιστούν διαφορετικά στον παχύ δίσκο, τον λεπτό δίσκο και το φωτοστέφανο του Γαλαξία μας. Γενικά, τα αστέρια λεπτού δίσκου περιέχουν περισσότερα βαριά στοιχεία από τα αστέρια με παχύ δίσκο, που σημαίνει ότι αναπτύχθηκαν από σύννεφα που μπορεί επίσης να περιέχουν περισσότερα συστατικά που δημιουργούν πλανήτες. Χρησιμοποιώντας δεδομένα από τον δορυφόρο Gaia της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας που παρακολουθεί αστέρια, ο Nielsen και οι συνεργάτες του διαχώρισαν αρχικά τα αστέρια με βάση την αφθονία ορισμένων στοιχείων τους. Στη συνέχεια προσομοίωσαν το σχηματισμό πλανητών μεταξύ αυτών των πληθυσμών.

Οι προσομοιώσεις τους, που δημοσίευσαν τον Οκτώβριο, έδειξαν ότι οι αέριοι γίγαντες πλανήτες και οι υπερ-Γη - ο πιο κοινός τύπος εξωπλανήτη - αναπτύχθηκαν πιο άφθονα στον λεπτό δίσκο, πιθανώς επειδή (όπως ήταν αναμενόμενο) αυτά τα αστέρια έχουν περισσότερο δομικό υλικό για να δουλέψουν. Διαπίστωσαν επίσης ότι τα νεότερα αστέρια με περισσότερα βαριά στοιχεία έτειναν να φιλοξενούν περισσότερους πλανήτες γενικά και ότι οι γιγάντιοι πλανήτες ήταν πιο συνηθισμένοι από τους μικρότερους πλανήτες. Αντίθετα, οι γίγαντες αερίου ήταν σχεδόν ανύπαρκτοι στον παχύ δίσκο και στο φωτοστέφανο.

Ο Schlaufman, ο οποίος δεν συμμετείχε στο έργο, είπε ότι τα αποτελέσματα είναι λογικά. Η σύνθεση της σκόνης και του αερίου από τα οποία γεννιούνται τα αστέρια είναι κρίσιμη για τον καθορισμό του εάν τα αστέρια θα χτίσουν πλανήτες. Και παρόλο που αυτή η σύνθεση μπορεί να διαφέρει ανάλογα με την τοποθεσία, υποστήριξε ότι ενώ η τοποθεσία μπορεί να διαμορφώσει το σκηνικό για την οικοδόμηση του κόσμου ενός αστεριού, μπορεί να μην καθορίζει το τελικό αποτέλεσμα.

Οι προσομοιώσεις του Nielsen είναι θεωρητικές, αλλά ορισμένες πρόσφατες παρατηρήσεις υποστηρίζουν τα ευρήματά του.

Τον Ιούνιο, μια μελέτη που χρησιμοποιούσε δεδομένα από το διαστημικό τηλεσκόπιο Kepler της NASA για κυνήγι πλανητών διαπίστωσε ότι τα αστέρια στον λεπτό δίσκο του Γαλαξία έχουν περισσότερους πλανήτες, ειδικά οι υπερ-Γαίες και οι κόσμοι σε μέγεθος υπό Ποσειδώνα, παρά αστέρια στον παχύ δίσκο. Μια εξήγηση, είπε Τζέσι Κρίστιανσεν, επιστήμονας εξωπλανητών στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια και συν-συγγραφέας της μελέτης, είναι ότι παλιά αστέρια με παχύ δίσκο μπορεί να γεννήθηκαν όταν τα συστατικά που δημιουργούσαν πλανήτες ήταν αραιά, προτού γενιές ετοιμοθάνατων αστεριών σπέρνουν τον κόσμο με το κτίριο μπλοκ κόσμων. Ή ίσως τα αστέρια με παχύ δίσκο γεννήθηκαν σε πυκνά περιβάλλοντα υψηλής ακτινοβολίας όπου οι αναταράξεις εμποδίζουν τους μωρούς πλανήτες να συνενωθούν καθόλου.

Οι πλανήτες μπορεί να τα πάνε καλύτερα σε ανοιχτές περιοχές, όπως τα προάστια, αντί για πυκνοκατοικημένες «αστικές» περιοχές, είπε ο Κρίστιανσεν. Ο ήλιος μας βρίσκεται σε μια τέτοια αραιοκατοικημένη προαστιακή ζώνη.

Άλλες Γη

Οι έρευνες του Christiansen και οι προσομοιώσεις του Nielsen είναι από τις πρώτες που μελέτησαν την εμφάνιση των πλανητών ως συνάρτηση της γαλαξιακής γειτονιάς. Vedant Chandra, ένας αστρονόμος στο Κέντρο Αστροφυσικής του Χάρβαρντ-Σμιθσόνιαν, ετοιμάζεται να προχωρήσει ένα βήμα παραπέρα και να μελετήσει εάν ο σχηματισμός πλανητών μπορεί να ήταν διαφορετικός σε μερικούς από τους γαλαξίες που κατανάλωσε ο Γαλαξίας καθώς μεγάλωνε. Στο μέλλον, η Nielsen ελπίζει ότι οι ακριβείς έρευνες και τα όργανα όπως το επερχόμενο διαστημικό τηλεσκόπιο Nancy Grace της NASA θα μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε τον σχηματισμό πλανητών με τον ίδιο τρόπο που οι δημογράφοι κατανοούν τους πληθυσμούς. Μπορούμε να προβλέψουμε ποιοι τύποι αστεριών θα φιλοξενήσουν ποιους τύπους πλανητών; Είναι πιο πιθανό να σχηματιστούν Γη σε συγκεκριμένες γειτονιές; Και αν ξέρουμε πού να ψάξουμε, θα βρούμε κάτι κοιτάζοντας πίσω μας;

Γνωρίζουμε ότι ζούμε σε μια κατοικήσιμη ζώνη, σε έναν κόσμο που περιστρέφεται γύρω από ένα ήσυχο αστέρι. Αλλά πώς ξεκίνησε η ζωή στη Γη, και πότε και γιατί, είναι το μεγαλύτερο ερώτημα σε κάθε τομέα της επιστήμης. Ίσως οι επιστήμονες θα πρέπει επίσης να σκέφτονται την ιστορία προέλευσης του άστρου μας, ακόμα και αυτές των αστρικών προγόνων που διαμόρφωσαν τη γωνιά μας στον Γαλαξία μας, πριν από δισεκατομμύρια χρόνια.

«Ήταν αναπόφευκτη η ζωή στη Γη; Ήταν ξεχωριστό;» ρώτησε ο Τσάντρα. «Μόνο όταν αρχίσετε να έχετε αυτή την παγκόσμια εικόνα… μπορείτε να αρχίσετε να απαντάτε σε τέτοιες ερωτήσεις».