Nauka

Kolebka na karle

Gdzie poszukiwać obcych

Para czerwonych karlów w systemie Stephenson 34. 350 lat świetlnych od Ziemi. Parę otacza dysk protoplanetarny. Para czerwonych karlów w systemie Stephenson 34. 350 lat świetlnych od Ziemi. Parę otacza dysk protoplanetarny. David A. Aguilar / Harvard Smithsonian Center for Astrophysics
Tylko wokół niewielu z prawie pół biliona gwiazd krążących w naszej Galaktyce może powstać życie. Największa nadzieja w karłach. Oto ich ranking.
Układ Gliese 581. Czerwony karzeł i sześć planet. Planeta Gliese 581 g okrąża  swoja gwiazdę w strefie ekologicznej. Jest nieznacznie większa od Ziemi.Lynette Cook/NASA Układ Gliese 581. Czerwony karzeł i sześć planet. Planeta Gliese 581 g okrąża swoja gwiazdę w strefie ekologicznej. Jest nieznacznie większa od Ziemi.
Do układu Alfa Centauri należą trzy gwiazdy: Proxima Centauri, która jest czerwonym karłem (zaznaczona kółkiem), Alfa Centauri B, która jest pomarańczowym karłem i żółty karzeł - Alfa Centauri A.ESO Do układu Alfa Centauri należą trzy gwiazdy: Proxima Centauri, która jest czerwonym karłem (zaznaczona kółkiem), Alfa Centauri B, która jest pomarańczowym karłem i żółty karzeł - Alfa Centauri A.

Planet w kosmosie jest na pewno więcej niż gwiazd, a tych drugich nawet nie potrafimy zliczyć. Obce, pozasłoneczne planety, i to w wielkich, astronomicznych liczbach – to codzienność kosmosu. Jest ich bezmiar, a skoro tak, z pewnością istnieją podobne do Ziemi i, w rzeczy samej, planety takie już udało się wykryć. NASA Exoplanet Archive rejestruje już 824 pozasłoneczne planety, które krążą wokół 642 gwiazd, oraz 2740 kandydatek na planety. 7 stycznia ogłoszono, że za pomocą Teleskopu Keplera wykryto planetę najbardziej – z dotychczas wyśledzonych – podobną do Ziemi. Nosi nazwę KOI-172.02, leży w Drodze Mlecznej i okrąża macierzystą gwiazdę, bardzo podobną do Słońca, raz na 242 dni. To planeta skalista, niewiele większa od Ziemi, na której mogą panować warunki zbliżone do ziemskich.

Ponieważ Wszechświat wszędzie składa się z takich samych pierwiastków – jak te, z których powstała Ziemia i ziemskie życie – zbieg okoliczności i przyczyn tworzących biologię mógłby się powtórzyć gdzie indziej. Podstawy chemiczne wszędzie są też te same.

Wokół innych gwiazd

Gwiazdami życia są tzw. karły – typowe, niezbyt wielkie gwiazdy najliczniejszej gwiezdnej populacji Wszechświata, w których dochodzi do powolnego i stopniowego spalania wodoru w reakcjach termojądrowych. Jest wiele karłów różniących się kolorem, wielkością i temperaturą oraz tempem ewolucji, jednak tylko niektóre uważane są za ewentualne kolebki życia. Nasze Słońce też jest karłem.

Uczeni sądzą, że gwiazdy większe od karłów – olbrzymy, nadolbrzymy i hiperolbrzymy – raczej nie „dają” życia; istnieją bowiem zbyt krótko i są zbyt aktywne, by mogło ono na towarzyszących im planetach powstać i się rozwijać. Prof. Kazimierz Stępień z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego tłumaczy ścisłą zależność między masą i, co za tym idzie, jasnością i aktywnością promieniowania gwiazdy a jej długowiecznością. Im większa gwiazda, tym krócej żyje, ponieważ procesy spalania wodoru przebiegają w niej o wiele szybciej aniżeli w gwiazdach mniejszych. I tak, gwiazda dwa razy większa od naszego Słońca żyje mniej więcej dziesięć razy krócej, tymczasem o połowę mniejsza będzie istnieć kilka razy dłużej. To w ostateczności decyduje o tym, które gwiazdy mogą wokół siebie stworzyć warunki dogodne życiu, a które nie. Największe gwiazdy, tzw. hiperolbrzymy o masie nawet kilkaset razy większej niż Słońce, żyją niewiarygodnie krótko – około miliona lat, w związku z tym życie, jakie znamy, nie miałoby czasu wokół nich powstać i się rozwinąć.

Karły, jak sama nazwa wskazuje, są małe – od 0,1 do 4 mas Słońca. Zacznijmy od najmniejszych, czyli czerwonych karłów. Szacuje się, że stanowią aż połowę populacji wszystkich obiektów gwiazdowych we Wszechświecie. W Drodze Mlecznej jest ich jeszcze więcej – aż 70 proc. Czerwone karły charakteryzują się tym, że spalają cały wodór – nie tylko ten zgromadzony w jądrze. Dość znanym czerwonym karłem jest Gliese 581 w gwiazdozbiorze Waga (ponad 20 lat świetlnych od nas) z wieloma planetami, a zwłaszcza z okrążającą go, najprawdopodobniej w ekosferze, planetą Gliese g, która jest tylko nieco większa od Ziemi. Czerwonymi karłami są zresztą w większości znane nam gwiazdy bliskie: Barnard, Luyten, Proxima Centauri, Wolf 359 czy Ross 128.

Małe czerwone gwiazdeczki

Ponieważ są małe (do 0,5 masy Słońca) – wszystko mają słabe i niskie: temperaturę powierzchniową (niższą niż 4 tys. st. C), ciśnienie i jasność. Spalają się bardzo wolno, ale za to trwają niewyobrażalnie długo. 100–200 mld lat! Dla przypomnienia – cały Wszechświat liczy ledwie 14 mld lat. Z pewnością raczej nie doczekamy więc śmierci żadnego czerwonego karła w kosmosie. Jest ich ogrom, w związku z tym uczeni sądzą, że wokół niektórych mogą krążyć planety w tzw. ekosferze, a więc w warunkach niezbyt zimnych i niezbyt gorących (od –70 do +80 st. C). W takich warunkach życie jest najbardziej prawdopodobne. Należy pamiętać, że sprzyjające mu ekosfery wokół gwiazd są z reguły bardzo wąskie – np. w naszym Układzie Słonecznym strefa przyjazna życiu rozciąga się tylko między orbitami Wenus i Marsa.

Czerwone karły, z racji liczności, są kandydatami na kolebki życia, niestety, mają pewne cechy, które powstanie życia i jego ewolucję mogą utrudniać. Większość z nich to tzw. zmienne gwiazdy rozbłyskowe – przejawiające często nagłe, potężne i trwające wiele godzin skoki aktywności, podobne do magnetycznych rozbłysków słonecznych, tyle że znacznie silniejsze i bardziej gwałtowne. Poza tym, ponieważ są małe, okrążające je planety, by zająć ekosferę, muszą orbitować bardzo blisko, a to grozi pływowym zatrzymaniem planety i tzw. rotacją synchroniczną. To samo przydarzyło się kiedyś Księżycowi, który obecnie krąży wokół Ziemi, zwrócony zawsze tą samą stroną. To – zważywszy na bardzo wysokie temperatury po stronie zwróconej ku gwieździe i bardzo niskie po stronie odwróconej – z pewnością mogłoby utrudnić warunki życia.

M.in. z tych powodów lepszymi kandydatkami na kosmiczne wylęgarnie życia są karły pomarańczowe. Tych gwiazd też jest mnóstwo – ocenia się, że w samej Drodze Mlecznej 15–20 proc. Są już znacznie większe od czerwonych sióstr (o masach 0,5–0,8 masy naszego Słońca) i cieplejsze, z temperaturami powierzchni sięgającymi ponad 5 tys. st. C. Żyją też niewyobrażalnie długo – od 15 do 30 mld lat. Ich aktywność nie jest już takim zagrożeniem jak w przypadku czerwonych karłów. Są to gwiazdy dość stabilne, spokojne, długowieczne – wręcz wymarzone do posiadania niewielkich skalistych planet typu ziemskiego.

Najbliższym nam (nieco ponad cztery lata świetlne) pomarańczowym karłem jest gwiazda Alfa Centauri B, wokół której w październiku 2012 r. specjaliści z Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO), pracujący przy teleskopie La Silla w Chile, odkryli planetę typu ziemskiego. Chociaż okrąża ona Alfa Centauri B raczej zbyt blisko, by zajmować ekosferę, jest bardzo podobna do Ziemi. Należy pamiętać – kontynuuje prof. Stępień – że wprawdzie dzisiaj głośne stało się poszukiwanie drugiej Ziemi, a więc planety niedużej, skalistej i orbitującej wokół swojej gwiazdy w ekosferze, czyli w warunkach, w których woda może istnieć w stanie płynnym, jednak z punktu widzenia poszukiwania miejsc dogodnych życiu inne planety też brane są pod uwagę. Nawet olbrzymy typu jowiszowego i planety o masie wielu Jowiszy – ponieważ mogą posiadać wystarczająco duże księżyce, by życie mogło na nich powstać.

Rozjaśniamy kolory

W tym „życiowym” przeglądzie karłów przechodzimy do jaśniejszych barw, większych mas i wyższych temperatur. Kolejna grupa gwiazd to żółte karły, które znamy chyba najlepiej w całym kosmosie, ponieważ typowym ich przykładem jest nasze Słońce. Żółtych karłów jest już istotnie mniej – w Drodze Mlecznej to około 7 proc. wszystkich gwiazd. Żyją też znacznie krócej – jakieś 10 mld lat (nasze Słońce jest obecnie mniej więcej w połowie swojego życiorysu). Są jeszcze cieplejsze – osiągają temperaturę ponad 6 tys. stopni na powierzchniach.

Żółte karły, o pokaźnych masach od 0,8 do 1,4 mas Słońca, są jeszcze spokojniejsze i bardziej przewidywalne niż pomarańczowe. Ich aktywność jest słaba, a wybryki w postaci rozbłysków koronarnych, protuberencji czy flar zdarzają się rzadko, nie są potężne i nie zagrażają szczególnie otaczającym je planetom. Mówiąc inaczej – gwiazdy te nie są zmienne. Dobrze poznanymi żółtymi karłami, bliskimi Słońcu, są m.in. Alfa Centauri A, tau Ceti czy 51 Pegasi.

Żółte karły są dobrymi kandydatkami na kolebki życia, problem jest tylko jeden – gwiazdy te istnieją dość krótko w skali kosmicznej, około 10 mld lat. Przypadek ziemskiego życia dowodzi, że aby mogło ono powstać i ewoluować do form bardziej rozwiniętych, potrzeba rzeczywiście miliardów lat. Innymi słowy – żółte karły są przyjazne życiu, ale być może tylko jednemu. Albo powstanie ono na towarzyszącej planecie i się rozwinie, albo nie. Druga szansa może się już nie powtórzyć. Tymczasem pomarańczowe karły, nie mówiąc już o czerwonych, mają o wiele więcej takich możliwości. Jeśli życie wokół nich nawet powstaje, ale ginie, jest jeszcze wiele czasu, by mogło się odnowić. I to wiele razy.

Koniec żółtego karła

Niestety, żółte karły kończą marnie. Po wypaleniu całego wodoru gwiazdy te podlegają gwałtownym perturbacjom. Najpierw puchną do niewyobrażalnych rozmiarów i pochłaniają najbliższe planety, zamieniając je w popiół. Strefa ekologiczna przesuwa się wówczas gwałtownie o miliardy kilometrów dalej. Żółte karły przeistaczają się w krótkotrwałe czerwone olbrzymy, czyli gwiazdy wielokroć większe, które następnie szybko odrzucają zewnętrzne warstwy gazu i materii. Z tej burzliwej przemiany pozostaje mgławica protoplanetarna oraz zwykle tlenowo-węglowe jądro gwiazdy, czyli biały karzeł. Taki los spotka też nasze Słońce. Ziemię czeka więc za około 5 mld lat totalna katastrofa – nic na niej nie przetrwa.

Biały karzeł zawiera tzw. materię zdegenerowaną, a to oznacza, że gwiazda wielkości Słońca przeistacza się w twór wielkości Ziemi – ciężki i gęsto upakowany. Najbliższym i najlepiej poznanym białym karłem jest towarzysz Syriusza – Syriusz B. Ma średnicę zbliżoną do ziemskiej, ale masę porównywalną z naszym Słońcem. Wokół białych karłów – w krążących mgławicach – uczeni także spodziewają się odnaleźć planety. Same białe karły, choć maleńkie, są bardzo gorące (temperatura ich powierzchni może osiągać ponad 100 tys. st. C). Czy zatem wokół nich także, na powstałych planetach, mogłoby się narodzić życie? Obecnie uważa się, że byłoby to trudne. W listopadowym (2012 r.) wydaniu czasopisma „Astrobiology” ukazał się artykuł, którego autorzy starają się prześledzić los planet uformowanych wokół białych karłów. Nawet planety odnajdywane obecnie w ekosferach tych zdegenerowanych gwiazd byłyby martwe – taka jest konkluzja. A to z racji zbyt silnego promieniowania. Białe karły, początkowo bardzo rozpalone, stygną i sfera życia wokół nich kurczy się systematycznie.

Od białych do czarnych

Białe karły są niezbędne dla życia. To z nich, gdy istnieją w układach podwójnych z innymi białymi karłami lub gwiazdami, powstają najczęstsze supernowe (typu Ia), które w swoich wybuchach tworzą wszystkie pierwiastki cięższe od żelaza. Bez nich życie, jakie znamy, nie mogłoby powstać. Ostatnie doniesienia mówią o tym, że często występującymi parami, w których powstają supernowe, są układy dwóch białych karłów. To dość intrygujące, ponieważ do niedawna uważano, że supernowe rodzą się najczęściej w układach: biały karzeł i gwiazda.

Białe karły, które nie kończą w wybuchach supernowych, stygną w końcu całkowicie i przeistaczają się w czarne karły, nieemitujące już żadnego promieniowania. Proces całkowitego stygnięcia trwa jednak tak długo, że jeszcze żaden biały karzeł nie zdołał osiągnąć tego stadium. Wszechświat trwa na to zbyt krótko. Dlatego czarne karły – naprawdę martwe gwiazdy, których w ogóle nie widać i które niczego już nie emitują – powstaną dopiero w przyszłości.

Więcej na ten temat
Reklama

Czytaj także

Historia

Rozmowa z Davidem Martelo, uczestnikiem rewolucji goździków

O portugalskiej rewolucji goździków sprzed 45 lat opowiada jej uczestnik David Martelo.

Krzysztof Kubiak, Tadeusz Zawadzki
23.04.2019
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną