کشف پتانسیل حیات در سیارات اطراف کوتوله‌های سفید پس از مرگ ستارگان

مرحله غول سرخ و تولد کوتوله‌های سفید

هنگامی که ستارگانی شبیه به خورشید به پایان عمر خود نزدیک می‌شوند، وارد مرحله‌ای به نام «غول سرخ» می‌شوند. در این فاز، ستاره به طور چشمگیری گسترش می‌یابد، شعاع آن افزایش یافته، سطح آن سردتر و قرمزتر می‌شود و گرانش ضعیف شده آن دیگر قادر به نگهداری لایه‌های بیرونی نیست. در این فرآیند، ممکن است نیمی از جرم ستاره به فضا پرتاب شده و یک کوتوله سفید متراکم را پشت سر بگذارد.

در سال ۲۰۲۰، گروهی از دانشمندان به سرپرستی جولیت بکر، استاد نجوم در دانشگاه ویسکانسین-مدیسون، اولین سیاره دست‌نخورده را که به دور یک کوتوله سفید می‌چرخید، کشف کردند. این کشف، علاقه آنها را به امکان وجود حیات در سیاراتی که به دور این کوتوله‌های سفید کوچک و متراکم می‌چرخند، برانگیخت.

جستجو برای نشانه‌های حیات در جهان‌های مرده

ستاره‌شناسان برای یافتن نشانه‌های حیات، سیارات را هنگام عبور از مقابل ستارگان میزبانشان رصد می‌کنند. با تحلیل نور ستاره که از اتمسفر سیاره عبور می‌کند، می‌توانند مولکول‌های موجود در آن را شناسایی کنند. دانشمندان در سال ۲۰۲۰ دریافتند که این رویکرد برای بررسی سیارات اطراف کوتوله‌های سفید نیز قابل استفاده است. اگر سیاره‌ای دارای مولکول‌های زیستی در اتمسفر خود باشد، تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) قادر به شناسایی آنها خواهد بود.

یکی از سوالات کلیدی که این گروه پژوهشی در مطالعه خود به آن پاسخ داد، این بود که آیا یک اقیانوس، که برای حفظ حیات ضروری است، می‌تواند روی سیاره‌ای که نزدیک یک ستاره مرده می‌چرخد، دوام بیاورد؟

جهانی پر از کوتوله‌های سفید و چالش‌های سکونت‌پذیری

یک کوتوله سفید حدود نیمی از جرم خورشید را دارد، اما این جرم در حجمی تقریباً به اندازه زمین فشرده شده است. این تفاوت اندازه به این معنی است که یک سیاره شبه‌زمین که به دور یک کوتوله سفید می‌چرخد، می‌تواند تقریباً به اندازه خود ستاره باشد. کوتوله‌های سفید بسیار رایج هستند و تخمین زده می‌شود که ۱۰ میلیارد از آنها در کهکشان ما وجود دارند. از آنجا که هر ستاره کم‌جرم در نهایت به یک کوتوله سفید تبدیل می‌شود، بی‌شمار کوتوله سفید دیگر نیز در آینده تشکیل خواهند شد.

اگر دانشمندان ثابت کنند که حیات می‌تواند روی سیارات اطراف کوتوله‌های سفید وجود داشته باشد، این بقایای ستاره‌ای می‌توانند اهداف امیدوارکننده‌ای در جستجوی حیات فرازمینی باشند.

ستاره‌شناسان از سال ۲۰۱۱ می‌دانستند که منطقه قابل سکونت در اطراف یک کوتوله سفید، ۱۰ تا ۱۰۰ برابر نزدیک‌تر به آن خواهد بود. این منطقه، مکانی در یک منظومه سیاره‌ای است که در آن آب مایع می‌تواند روی سطح یک سیاره وجود داشته باشد.

چالش گرمایش جزر و مدی

نزدیکی بیش از حد به سطح کوتوله سفید، چالش‌های جدیدی را برای حیات نوظهور ایجاد می‌کند. یکی از این چالش‌ها، گرمایش جزر و مدی است. نیروهای جزر و مدی باعث تغییر شکل یک سیاره شده و اصطکاک ناشی از این تغییر شکل، ماده را گرم می‌کند. این نیروها، تفاوت‌هایی در نیروهای گرانشی هستند که اجرام فضایی بر قسمت‌های مختلف یک جرم نزدیک اعمال می‌کنند.

برای مثال، نیروهای گرانشی قمرهای دیگر مشتری، مدار «قمر آیو» را تغییر شکل داده و آن را گرم می‌کنند که به فوران صدها آتشفشان منجر می‌شود. در نتیجه، هیچ آبی نمی‌تواند روی سطح این قمر وجود داشته باشد. در مقابل، «قمر اروپا» نیز در معرض گرمایش جزر و مدی قرار دارد، اما به میزان کمتر، که باعث ذوب شدن پوسته یخی و ایجاد یک اقیانوس زیرسطحی شده است.

سیارات در منطقه قابل سکونت یک کوتوله سفید، مدارهایی نزدیک به ستاره خواهند داشت که آنها را در معرض گرمایش جزر و مدی شدید قرار می‌دهد. اگر یک منظومه بیش از یک سیاره داشته باشد، نیروهای جزر و مدی از سیارات نزدیک می‌توانند باعث شوند که اتمسفر سیاره گرما را به دام اندازد، بیش از حد داغ شود و نتواند آب مایع را حفظ کند.

مهاجرت سیاره‌ای پس از مرحله غول سرخ

در طول مرحله غول سرخ، ستاره ۱۰ تا ۱۰۰ برابر شعاع اصلی خود گسترش می‌یابد و هر جرمی در داخل آن بلعیده و نابود خواهد شد. عطارد، زهره و زمین نیز هنگامی که خورشید به یک غول سرخ تبدیل شود، نابود خواهند شد. بنابراین، برای اینکه یک سیاره از این فرآیند جان سالم به در ببرد، باید از ابتدا بسیار دورتر از ستاره باشد.

اگر سیاره‌ای در فاصله دور شروع به کار کند، برای قابل سکونت شدن باید پس از تشکیل کوتوله سفید به سمت داخل مهاجرت کند. شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای نشان می‌دهند که این نوع مهاجرت امکان‌پذیر است، اما می‌تواند باعث گرمایش جزر و مدی شدید شود که ممکن است آب روی سطح را بجوشاند. با این حال، اگر مهاجرت دیر اتفاق بیفتد، ممکن است آب روی سطح تبخیر نشود و سیارات تحت شرایط مناسب بتوانند آب مایع را حفظ کرده و زیست‌پذیر شوند.

آینده جستجو برای حیات در جهان‌های کوتوله سفید

ستاره‌شناسان هنوز هیچ سیاره فراخورشیدی شبیه به زمین و قابل سکونت را در اطراف کوتوله‌های سفید پیدا نکرده‌اند. شناسایی این سیارات دشوار است زیرا کوتوله‌های سفید بسیار کوچک‌تر از ستارگان میزبان هستند. با این وجود، آنها در حال بررسی راهبردهای جدید برای تشخیص و شناسایی این جهان‌های گریزان با استفاده از تلسکوپ‌های پیشرفته هستند.

اگر سیارات قابل سکونت در اطراف کوتوله‌های سفید شناسایی شوند، دامنه محیط‌هایی را که حیات ممکن است در آنها ادامه یابد، به طور قابل توجهی گسترش خواهند داد و نشان می‌دهند که منظومه‌های سیاره‌ای حتی مدت‌ها پس از مرگ ستاره میزبان خود ممکن است میزبان‌های مناسبی برای حیات باقی بمانند.

این مطالعه در مجله UNIVERSITY of WISCONSIN–MADISON منتشر شده است.