Hledání mimozemského života mimo naši sluneční soustavu se v současnosti zaměřuje na extrasolární planety v „obyvatelných zónách“ exoplanetárních systémů kolem hvězd podobných Slunci. Nalezení planet podobných Zemi kolem jiných hvězd je hlavním cílem mise NASA Kepler.
Obyvatelná zóna (HZ) kolem hvězdy je definována jako rozsah vzdáleností, na které by mohla existovat voda v kapalném stavu na povrchu pozemské planety při dostatečně husté atmosféře. Terestrické planety jsou obecně definovány jako kamenné a podobné Zemi co do velikosti a hmotnosti. Zde je zobrazena vizualizace obyvatelných zón kolem hvězd různých průměrů, jasnosti a teploty. Červená oblast je příliš horká, modrá oblast je příliš studená, ale zelená oblast je tak akorát pro tekutou vodu. Protože to lze takto popsat, HZ se také označuje jako'Zóna zlaté lásky'.
Normálně si myslíme, že planety kolem jiných hvězd jsou podobné naší sluneční soustavě, kde kolem jedné hvězdy obíhá skupina planet. I když je to teoreticky možné, vědci diskutovali o tom, zda by se planety někdy našly kolem párů hvězd nebo více hvězdných systémů. V září 2011 pak výzkumníci z mise NASA Kepler oznámili objev Kepler-16b, studené, plynné planety velikosti Saturnu, která obíhá kolem dvojice hvězd, jako je fiktivní Tatooine z Hvězdných válek.
Tento týden jsem měl možnost vyzpovídat jednu z mladých děl studujících exoplanety, Billyho Quarlese. V pondělí Billy a jeho spoluautoři, profesor Zdzislaw Musielak a docent Manfred Cuntz, prezentovali své poznatky o možnosti planet podobných Zemi uvnitř obyvatelných zón Kepler 16 a dalších cirkumbinárních hvězdných systémů na setkání AAS v Austinu v Texasu. .
Zóny Zlatovlásky kolem různých typů hvězd. Poděkování: NASA/JPL-Caltech
'Abychom definovali obyvatelnou zónu, vypočítáme množství toku, který dopadá na objekt v dané vzdálenosti,' vysvětlil Billy. 'Také jsme vzali v úvahu, že různé planety s různou atmosférou budou zadržovat teplo různě.' Planeta s opravdu slabým skleníkovým efektem může být blíže hvězdám. U planety s mnohem silnějším skleníkovým efektem bude obyvatelná zóna dále.“
'V naší konkrétní studii máme planetu obíhající kolem dvou hvězd.' Jedna z hvězd je mnohem jasnější než druhá. O tolik jasnější, že jsme úplně ignorovali tok pocházející z menší slabší doprovodné hvězdy. Takže naše definice obyvatelné zóny je v tomto případě konzervativní odhad.“
Quarles a jeho kolegové provedli rozsáhlé numerické studie o dlouhodobé stabilitě planetárních drah v rámci Kepler 16 HZ. 'Stabilita planetární oběžné dráhy závisí na vzdálenosti od dvojhvězd,' řekl Quarles. 'Čím dále, tím stabilnější mají tendenci být, protože sekundární hvězda je méně rušena.'
U systému Kepler 16 jsou oběžné dráhy planet kolem primární hvězdy stabilní pouze do 0,0675 AU (astronomických jednotek). 'To je uvnitř vnitřní hranice obyvatelnosti, kde převládá skleníkový efekt,' vysvětlil Billy. To vše ale vylučuje možnost obyvatelných planet na blízké oběžné dráze kolem primární hvězdy páru. Zjistili, že oběžné dráhy v zóně Zlatovláska dále, kolem dvojice hvězd s nízkou hmotností Kepler 16, jsou stabilní v časovém měřítku milion let nebo více, což poskytuje možnost, že by se na planetě v tomto HZ mohl vyvinout život.
Dráha Keplera 16 od Quarles et al
Zhruba kruhová dráha Keplera 16b, asi 65 milionů mil od hvězd, je na vnějším okraji této obyvatelné zóny. Jako plynný obr není 16b obyvatelná pozemská planeta. Nicméně Měsíc podobný Zemi, aMěsíc Zlatovláska, na oběžné dráze kolem této planety by mohl udržet život, pokud by byl dostatečně masivní, aby si zachoval atmosféru podobnou Zemi. 'Zjistili jsme, že na oběžné dráze kolem Kepler-16b je možný obyvatelný exoměsíc,' řekl Quarles.
Zeptal jsem se Quarlese, jak hvězdný vývoj ovlivňuje tyto zóny Zlatovlásky. Řekl mi: „Během životnosti systému je třeba zvážit řadu věcí. Jedním z nich je, jak se hvězda vyvíjí v čase. Ve většině případů obyvatelná zóna začíná blízko a pak se pomalu vzdaluje.“
Během života hlavní sekvence hvězdy jaderné spalování vodíku vytváří helium v jejím jádru, což způsobuje zvýšení tlaku a teploty. K tomu dochází rychleji u hvězd, které jsou hmotnější a mají nižší metalicitu. Tyto změny ovlivňují vnější oblasti hvězdy, což má za následek stálý nárůst svítivosti a efektivní teploty. Hvězda se stává svítivější, což způsobuje pohyb HZ směrem ven. Tento pohyb by mohl vést k tomu, že planeta v HZ na začátku života hlavní posloupnosti hvězdy bude příliš horká a nakonec neobyvatelná. Podobně i nehostinná planeta původně mimo HZ může rozmrznout a umožnit vznik života.
'Pro naši studii jsme ignorovali část hvězdného vývoje,' řekl hlavní autor, Quarles. 'Spustili jsme naše modely po dobu miliónu let, abychom viděli, kde byla obyvatelná zóna pro tuto část životního cyklu hvězdy.'
Být ve správné vzdálenosti od své hvězdy je pouze jednou z nezbytných podmínek nutných k tomu, aby byla planeta obyvatelná. Obytné podmínky na planetě vyžadují různé geofyzikální a geochemické podmínky. Obyvatelnosti může zabránit nebo ji znemožnit mnoho faktorů. Planetě může například chybět voda, gravitace může být příliš slabá na to, aby udržela hustou atmosféru, míra velkých dopadů může být příliš vysoká nebo zde nemusí být minimální ingredience nezbytné pro život (ještě je třeba diskutovat).
Jedna věc je jasná. I přes všechny požadavky na život, jak ho známe, se zdá, že kolem jiných hvězd je spousta planet a je velmi pravděpodobné,Měsíčky Zlatovláskykolem planet, obíhajících v obyvatelných zónách hvězd v naší galaxii, se nyní zdá být detekce podpisu života v atmosféře planety nebo měsíce kolem jiného Slunce jen otázkou času.