Meillä on tapana ajatella maallisia olosuhteitamme normaalina. Vetinen, lauhkea maailma, joka kiertää vakaata keltaista tähteä. Paikka, jossa elämää on jatkunut lähes 4 miljardia vuotta. On lähes väistämätöntä, että kun ajattelemme muita paikkoja, joissa elämä voisi kukoistaa, käytämme omaa kokemustamme vertailukohtana.
Mutta pitäisikö meidän?
Aurinkomme on a G-tyypin pääsarjan tähti joiden elinikä on noin 10 miljardia vuotta. Se on noin viisi miljardia vuotta vanha ja se on toiminut maapallolla jo lähes 4 miljardia vuotta. G-tyypin pääsarjan tähdet eivät ole runsaimpia eivätkä pitkäikäisimpiä. Ne muodostavat vain noin 6 % Linnunradan tähtipopulaatiosta, ja ne elävät vain noin 10 miljardia vuotta.
Suurin osa Linnunradan tähdistä (noin 73 %) on punaisia kääpiöitä M kääpiöt . M-kääpiöt ovat viileämpiä kuin aurinkomme, ja niiden asumisalueet ovat pienempiä. Mutta ne ovat paljon pidempiä, suuruusluokkaa. Heidän pitkä elämänsä saattaa tehdä niistä ihanteellisia tähtiä elämän kukoistamiseen, kun otetaan huomioon oikeat planeetat. Mutta punaiset kääpiöt voivat olla alttiita tappavalle leimahdukselle, ja niiden vaarallinen energiantuotanto ei ehkä ole niin vieraanvaraista elämään sellaisena kuin me sen tunnemme.
On olemassa toisenlainen isäntätähti, jota tähtitieteilijät alkavat kutsua kultakutritähteiksi. Niitä on runsaammin kuin Aurinkoa, ne ovat pidempään eläneet kuin Aurinko, eivätkä ne säteile yhtä paljon vaarallista säteilyä kuin M-kääpiöt.
Niitä kutsutaan K-kääpiöiksi, jotka tunnetaan myös oransseina kääpiöinä.
'K-kääpiötähdet ovat 'sweet spot'issa, ja niiden ominaisuudet ovat harvinaisempien, kirkkaampien, mutta lyhytikäisten aurinkotyyppisten tähtien (G-tähdet) ja lukuisten punaisten kääpiötähtien (M-tähdet) välissä.'
Edward Guinan, Villanova University
K-kääpiöt elävät 15–45 miljardia vuotta, niitä on noin 13 % Linnunradan populaatiosta, ja ne lähettävät vain kuudestoistaosan tappavaa säteilyä kuin M-kääpiöt.
Ylhäältä alas: runsaat M-kääpiöt tai punaiset kääpiöt; vähemmän runsaat K-kääpiöt; suhteellisen harvinainen G-tyypin tähti, kuten aurinkomme. Grafiikka vertailee tähtiä useiden tärkeiden muuttujien suhteen. Asumiskelpoiset vyöhykkeet, jotka mahdollisesti pystyvät isännöimään elämää kantavia planeettoja, ovat leveämpiä kuumemmille tähdille. Punaisten kääpiötähtien pitkäikäisyys voi ylittää 100 miljardia vuotta. K-kääpiöiden ikä voi vaihdella 15-45 miljardiin vuoteen. Ja aurinkomme kestää vain 10 miljardia vuotta. Tähtien lähettämän haitallisen säteilyn (elämälle sellaisena kuin me sen tunnemme) suhteellinen määrä voi olla M-kääpiöille 80-500 kertaa voimakkaampi kuin aurinkomme, mutta vain 5-25 kertaa voimakkaampi oransseille K-kääpiöille. Punaiset kääpiöt muodostavat suurimman osan Linnunradan väestöstä, noin 73%. Auringonkaltaisia tähtiä on vain 6 % väestöstä ja K-kääpiöitä on 13 %. Kun nämä neljä muuttujaa ovat tasapainossa, sopivimmat tähdet kehittyneiden elämänmuotojen majoittamiseen ovat K-kääpiöt.
Kiitokset: NASA, ESA ja Z. Levy (STScI)
Uudessa työssä, joka esiteltiin American Astronomical Societyn 235. kokouksessa, tutkijapari käytti useita teleskooppeja tutkiakseen G- ja K-kääpiöitä galaktisella naapurustossamme. He ovat Edward Guinan ja Scott Engle Villanova-yliopistosta Pennsylvaniessa. Heidän yrityksensä on nimeltään Goldiloks Project.
Jonkin sisällä Lehdistötiedote , Guinan sanoi, että K-kääpiötähdet ovat todellisia Goldilocks-tähtiä. 'K-kääpiötähdet ovat 'sweet spot' -alueella, ja niiden ominaisuudet ovat harvinaisempien, kirkkaampien, mutta lyhyempiikäisten aurinkotyyppisten tähtien (G-tähdet) ja lukuisten punaisten kääpiötähtien (M-tähdet) välissä. K-tähdillä, erityisesti lämpimämmillä, on maailmojen parhaat puolet. Jos etsit planeettoja, joilla on asumiskelpoisia, K-tähtien runsaus lisää mahdollisuuksiasi löytää elämä.
100 sadan valovuoden säteellä aurinkokunnastamme on noin tuhat K-kääpiötä. Nämä tähdet ovat kypsiä havainnointiin. Ja vaikka niitä on paljon vähemmän runsaammin kuin M-kääpiöitä, jotkut tähtitieteilijät ajattelevat, että meidän pitäisi siirtää painopisteemme K-kääpiöihin, kun kyse on mahdollisesti asumiskelpoisten planeettojen etsimisestä.
M-kääpiöt ovat ongelmallisia elämään soveltuvuuden suhteen. Niitä on runsaasti ja niissä on paljon eksoplaneettoja, mutta ne ovat vaarallisia. Koska ne ovat niin pieniä, heidän asuinalueensa on hyvin lähellä.
Tämä tarkoittaa, että kaikki asuttavalla vyöhykkeellä olevat planeetat ovat todennäköisesti vuorovesilukittuneita, mikä saattaa heikentää elämän mahdollisuuksia. Toinen puoli olisi ikuisessa pimeydessä ja toinen puoli ikuisessa valossa. Tämä luo äärimmäisiä, ongelmallisia lämpötilaeroja, joissa jäätynyt puoli voi jäädyttää pääkaasut ilmakehästä, jolloin päivänvalopuoli on kuiva ja karu.
Vuorovesilukitut eksoplaneetat voivat olla hyvin yleisiä punaisten kääpiötähtien (M-kääpiö) ympärillä niiden läheisten kiertoratojen vuoksi. Kuvan luotto: M.Weiss/CfA
M-kääpiöt ovat erittäin energisiä ja epävakaita. Ne ovat usein leimahdustähtiä, ja niiden raju energiantuotto voisi helposti riisua planeetan ilmakehän hyvin varhaisessa vaiheessa ja tuhota kaikki planeetalla jalansijaa saaneet organismit. Jotkut näistä soihduksista voivat kaksinkertaistaa tähden kirkkauden muutamassa minuutissa.
M-kääpiöillä voi myös olla erittäin voimakkaita magneettikenttiä, jotka voivat peittää niitä kiertävien planeettojen suojaavat magnetosfäärit. A 2013 lehti tutki näiden voimakkaiden magneettikenttien vaikutusta mahdollisesti asuttaviin planeetoihin. Tuossa tutkimuksessa sanottiin: 'Maan kokoisen magnetosfäärin ylläpitäminen, vain muutamaa tapausta lukuun ottamatta, maanpäällisen planeetan pitäisi joko (1) kiertää huomattavasti kauempana kuin asumiskelpoisen alueen perinteiset rajat; tai muuten, (2) jos se kiertäisi asumiskelpoisella vyöhykkeellä, se vaatisi vähintään magneettikentän, joka vaihtelee muutamasta G:stä muutamaan tuhanteen G. Tämä on verrattuna Maan magnetosfääriin, joka on yksi Gauss.
M-kääpiöiden voimakkaat magneettikentät yhdistettynä niiden leimahdukseen tekevät niistä lähes varmasti myrkyllisiä elämälle. Ja vaikka tämä voimakas leimahdus ja voimakas magneettikenttä voi asettua myöhemmin M-kääpiön elämään, asumiskelpoisella vyöhykkeellä olevat planeetat olisivat jo menettäneet ilmakehänsä.
'Emme ole enää niin optimistisia mahdollisuuksista löytää kehittynyttä elämää monien M-tähden ympäriltä', Guinan sanoi.
K-kääpiöt ovat erilaisia.
Tämä on taiteilijan mielikuva tunnetusta TRAPPIST-1-järjestelmästä, punaisesta kääpiöstä, joka isännöi 7 eksoplaneettoa. TRAPPIST-1-tähden havaittu leimahdus tarkoittaa, että elämä on epätodennäköistä. Kuvan ansiot: NASA/JPL-Caltech
K-kääpiöt eivät koe samaa leijuvaa ja kaoottista energiantuottoa kuin M-kääpiöt. Niistä puuttuu myös samat voimakkaat magneettikentät, jotka ovat vastuussa suurelta osin M-kääpiöiden epävieraanvaraisuudesta. Guinanin tutkimuksen mukaan K-kääpiöt lähettävät vain noin 1/100 tappavia röntgensäteitä kuin jotkut M-kääpiöt.
Goldiloks-projekti mittasi viileiden G- ja K-tähtien iän, pyörimisnopeuden sekä röntgen- ja kauko-infrapunalähdöt. He käyttävät projektissa Chandra-röntgenobservatoriota ja XMM-Newton-satelliittia, mutta he luottavat voimakkaasti Hubble-avaruusteleskooppiin. Hubble on erittäin herkkä vedystä tulevalle ultraviolettisäteilylle, ja he käyttivät tätä herkkyyttä arvioidakseen 20 K-kääpiöistä tulevaa säteilyä.
'Hubble on ainoa kaukoputki, joka voi tehdä tällaisen havainnon', Guinan sanoi.
Taiteilijan kuvitus Epsilon Eridanista ja kahdesta eksoplaneettasta. EE on K-kääpiötähti, joka on vain 10,5 valovuoden päässä Auringosta. Se voi isännöidä eksoplaneettoja, mutta niiden olemassaolo on kiistanalainen. Epsilon Eridani on nuori, vain miljardi vuotta vanha, ja se elää myrskyisää nuoruutta tässä iässä. Mutta se rauhoittuu lopulta ja voi olla vakaa, vieraanvarainen tähti kymmeniä miljardeja vuosia. Kuvan ansiot: NASA, ESA, G. Bacon – http://www.spacetelescope.org/images/heic0613a/, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4208005
Guinan ja Engle havaitsivat, että K-tähtien säteilytasot olivat paljon vähemmän haitallisia kuin M-kääpiöiden ympärillä. K-tähdillä on myös pidempi elinikä ja siksi hitaampi vaellus asuttavalla vyöhykkeellä. Tämä tekee K-kääpiöistä ihanteellisen paikan elämän etsimiseen, ja nämä tähdet antaisivat aikaa pitkälle kehittyneelle elämälle sopivilla planeetoilla. Auringon koko elinkaaren aikana – 10 miljardia vuotta – K-tähdet lisäävät kirkkauttaan vain noin 10-15 %, mikä antaa biologiselle evoluutiolle paljon pidemmän ajanjakson kehittyneiden elämänmuotojen kehittymiseen kuin maan päällä.
Tiedämme jo joistakin K-kääpiöistä, jotka isännöivät eksoplaneettoja, ja toisista, jotka saattavat isännöidä niitä, mutta emme ole varmoja niistä. Guinan ja Engle tarkastelivat kolmea erityisen mielenkiintoista kohdetta: Epsilon Eridani , Kepler-442 ja Tau Ceti.
Kepler 442 on K-kääpiötähti, jossa on kivinen eksoplaneetta, joka on noin kaksi kertaa niin massiivinen kuin Maa. Planeetta on tähden asuttavalla vyöhykkeellä ja on erittäin kiinnostava kohde. Taiteilijan kuvitus. Kuvan luotto: Ph03nix1986 – Oma työ, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=39708345
'Kepler-442 on huomionarvoinen siinä mielessä, että tässä tähdessä (spektriluokitus, K5) on yksi parhaista kultakutriplaneetoista, Kepler-442b, kiviplaneetta, joka on hieman yli kaksi kertaa Maan massa. Joten Kepler-442-järjestelmä on kultakutriplaneetta, jota isännöi kultakutritähti!' sanoi Guinan.
Guinan ja Engle ovat viettäneet 30 vuotta tarkkaillessaan erityyppisiä tähtiä. He ovat määrittäneet suhteita tähden tyypin, sen pyörimisen, iän, röntgen- ja UV-säteilyn välillä. Nämä tiedot ovat perusta heidän työlleen siitä, kuinka tähtien korkeaenerginen säteily vaikuttaa planeetan ilmakehään ja elämännäkymiin.
Lisää:
- Lehdistötiedote: Goldilocks Stars ovat parhaita paikkoja etsiä elämää
- 2013 tutkimuspaperi: M-kääpiömagneettikenttien vaikutukset mahdollisesti asuttaviin planeetoihin