تکامل ستاره‌ها؛ شرط ویژه جست‌وجوی حیات فرازمینی

استفن کین در جست‌وجوی ستاره‌هایی بود که می‌توانند میزبان سیاره‌های متعدل و گرم مثل زمین باشند. وی کوتوله‌ی سرخ جوانی به نام AU Microscopii را رصد کرد که تنها ۳۲ سال نوری از زمین فاصله دارد. او می‌گوید:

این ستاره درمقایسه‌با منظومه‌های سیاره‌ای دیگر کاملاً نوزاد است؛ درنتیجه، می‌توانیم مراحل اولیه‌ی تکامل حیات روی سیاره‌های آن را رصد کنیم.

کین، اخترفیزیک‌دان دانشگاه کالیفرنیا و همکارانش از ستاره‌ی یادشده به‌عنوان آزمایشگاه و مدلی برای پیش‌بینی حیات آینده‌ی آن استفاده کردند. این مدل به آنان کمک کرد زمان قرار‌گرفتن مدار سیاره‌ها در کمربند حیات ستاره را محاسبه کند. کمربند حیات به ناحیه‌ای نه‌چندان داغ و نه‌چندان سرد گفته می‌شود که برای پشتیبانی از حیات مناسب است. آنان متوجه شدند ستاره‌ی یادشده در سال‌های اولیه‌ بسیار درخشان است و سپس به‌آرامی سرد می‌شود و با شدت کمتری می‌سوزد؛ درنتیجه، کمربند حیات ستاره در ۲۰۰ میلیون سال اولیه‌ی عمرش، ۳۰ تا ۴۰ درصد به آن نزدیک خواهد شد. کین و همکارانش پژوهش خود را در مجله‌ی Astronomical منتشر کردند.

این نتیجه برای کین و دیگر دانشمندانی مهم بود که امیدوار‌ند روزی دنیایی زیست‌پذیر را مانند زمین با اکوسیستم‌هایی سبز و مناسب برای حیات زمینی پیدا کنند؛ زیرا نشان می‌دهد سیاره‌ای که در کمربند حیات یک ستاره قرار دارد، ممکن است همیشه زیست‌پذیر نباشد. براساس بهترین سناریو «گلدی لاکز»، همه‌چیز از‌جمله دمای مناسب برای جاری‌شدن آب مایع سطحی (پیش‌نیاز حیاتی که می‌شناسیم) باید برای سیاره‌ی زیست‌پذیر مهیا باشد؛ اما ممکن است حیاتی که نمی‌شناسیم، داستانی متفاوت داشته باشد.

ناگفته نماند معیارهای دیگری هم مثل جوّ تنفس‌کردنی و اقلیم پایدار و محافظت دربرابر پرتوهای مضر فرابنفش بر زیست‌پذیری سیاره تأثیر می‌گذارند. برای مثال، مریخ در کمربند حیات خورشید قرار دارد؛ اما میلیون‌ها سال پیش آب و بخش زیادی از جوّ خود را از دست داد. زهره هم درست در لبه‌ی داخلی این کمربند قرار دارد؛ اما به‌دلیل پوشش ضخیم کربن‌دی‌اکسید به‌شدت داغ است.

ستاره‌ی AU Microscopii به دانشمندان نشان داد که چگونه کمربند حیات می‌تواند در طول عمر ستاره افزایش یا کاهش پیدا کند. سارا سیگر، اخترفیزیک‌دان MIR و رئیس سابق مأموریت جست‌وجوی سیاره‌ای TESS ناسا، دراین‌باره می‌گوید:

فاز جوانی ستاره‌های کوتوله‌ی سرخ بسیار طولانی و بد و ممکن است صدها میلیون سال طول بکشد تا ستاره‌ای بالغ شود.

کمربند حیات ستاره‌های کوچک‌تر و سردتر از خورشید، مثل کوتوله‌های سرخ به ستاره‌‌ی میزبان نزدیک‌تر از ستاره‌های بزرگ‌تر مثل خورشید است

کین و تیمش نشان دادند کوتوله‌ی سرخ مدنظرشان و دیگر ستاره‌های مشابه آن می‌توانند مدتی مانند نوجوانی سرکش رفتار کنند؛ ولی دنیاهای سکونت‌ناپذیر اطراف این ستاره‌ها ممکن است با افزایش طول عمر ستاره، شرایط مساعدتری را پیدا کنند؛ اما عکس این مسئله هم ممکن است رخ دهد. سیگر می‌گوید:

ممکن است سیاره‌ای که در کمربند حیات قرار داشته باشد، با تغییر ستاره دیگر در کمربند حیات قرار نداشته باشد.

اگر ستاره‌ی میزبان اندکی سرد شود، سیاره‌ی آن برای هر نوع حیات فرازمینی به‌شدت سرد خواهد شد و ممکن است رودخانه‌ها و دریاچه‌های آن به‌تدریج منجمد شوند. گفتنی است ستاره‌های کهن‌تر در‌نهایت گرم می‌شوند؛ درنتیجه، فرازمینی‌هایی که در نقطه‌ی کمربند حیات قرار دارند، ممکن است شاهد تبخیر آب‌ها باشند و هر چیز دیگری در سطح سیاره تا حد مرگ پخته شود. باوجوداین، شاید این پایان ماجرا نباشد. جف گولدبلام در پارک ژوراسیک می‌گوید: «حیات بالاخره راه خود را پیدا می‌کند.» سث شوستاک، ستاره‌شناس ارشد مؤسسه‌ی SETI در ماونتین ویوی کالیفرنیا، اضافه می‌کند:

اگر حیات به‌شکل باکتریایی باشد، می‌تواند به‌سرعت جهش پیدا کند و خود را با محیط تطبیق دهد. موجودات دیگر هم شرایط بهتر و مساعدتری در غارها و زیرزمین خواهند داشت و اگر گونه‌ها پیشرفته‌ باشند، حتماً چاره‌ای می‌اندیشند.

شاید فناوری‌های پیشرفته به انعکاس نور ستاره کمک کنند یا حتی تمدن‌ها از فناوری جابه‌جایی سیاره برخوردار باشند. حیات می‌تواند راه خود را در مقطعی از حیات ستاره‌ی AU Microscopii پیدا کند؛ زیرا ستاره‌های کوتوله‌ی سرخ برخلاف خورشید کوچک‌تر و سردتر هستند و عمر طولانی‌تری دارند. خورشید با ۴/۶ میلیارد سال در میانه‌ی حیات خود به‌سر می‌برد؛ درحالی‌که کوتوله‌های سرخ نزدیک به ۱۰۰ میلیارد سال عمر می‌کنند. شوستاک اضافه می‌کند:

اگر به‌دنبال حیات فرازمینی باشید، سیاره‌های اطراف کوتوله‌های سرخ میلیاردها سال زمان برای توسعه‌ی حیات پیچیده دارند. تعداد این ستاره‌ها هم زیاد است؛ به‌همین‌دلیل، مقصد پژوهشی جذابی هستند.

کوتوله‌های سرخ رایج‌ترین نوع ستاره در راه شیری هستند؛ درحالی‌که ستاره‌های داغ‌تر و سنگین‌تر با عمر کوتاه‌ترشان کمیاب‌ترند. کمربند حیات کوتوله‌های سرخ و به‌طور‌کلی ستاره‌های کوچک‌تر و سردتر از خورشید، به آن‌ها نزدیک‌تر است. این در حالی‌ است که عکس این مسئله برای ستاره‌های بزرگ‌تر و داغ‌تر مثل خورشید صدق می‌کند.

کوتوله‌های سرخ ویژگی‌های دیگری هم دارند که پیچیدگی محاسبات را افزایش می‌دهند. زبانه‌ها و پرتوهای مضر، به‌ویژه در فاز اولیه‌ی شکل‌گیری فراوان‌اند. ستاره‌ی AU Microscopii هم دقیقاً در همین فاز قرار دارد. اگر زبانه‌های مضر ابرهای باردار را به‌سمت سیاره ارسال کنند، جوّ سیاره‌ها از بین خواهند رفت و در‌صورت از‌بین‌رفتن جوّ سیاره آب آن هم از بین خواهد رفت؛ درست مانند اتفاقی که درحدود ۳ میلیارد سال پیش برای مریخ رخ داد.

بااین‌حال، ممکن است دنیایی در کمربند حیات، تنها به‌دلیل پرتوها به دنیایی خشک تبدیل نشود. ممکن است گازهایی داخل سیاره ذخیره شده باشند که به‌دلیل فعالیت‌های زمین‌شناختی، مانند آتشفشان‌ها به بیرون فوران و جوّ سیاره را ترمیم کنند. حتی زمین هم در دوره‌های آغازین درمعرض بمباران مقادیر زیادی از پرتوهای فرابنفش قرار داشت. گرچه این پرتوها به‌شدت پرتوهای کوتوله‌ی سرخ نبودند، با وجود این شرایط خشن، جوّ زمین بهبود چشمگیری پیدا کرد.

به‌گفته‌ی سیگر، این پرتوهای UV می‌توانند برای حیات مهم باشند. برخی پژوهش‌ها نشان می‌دهند پرتوهای فرابنفش یا UV باعث شروع فرایندهای شیمیایی می‌شوند که به تکثیر اولین میکروب‌ها و سپس جانداران پیچیده‌تر می‌انجامند.

حتی اگر سیاره‌ای از محدوده‌ی کمربند حیات خارج شود، شکل‌های بازمانده‌ای از حیات فرازمینی باقی خواهند ماند. به‌گفته‌ی لیزا کالتینگر،‌ رئیس مؤسسه‌ی کارل ساگان در کرنل و یکی از اعضای تیم همکاری TESS، بخشی از آب از‌دست‌رفته می‌تواند بر‌اثر برخورد دنباله‌دارها احیا شود. همچنین، جانداران زنده‌ی کوچک حتی در‌صورت انجماد سیاره به حیاتشان ادامه می‌دهند. کالتینگر بیان می‌کند:

وقتی ستاره‌ای به‌دلیل افزایش سن درخشان‌تر می‌شود، می‌تواند یخ سیاره را ذوب و سپس این زیست‌کره‌ی عظیم را رونمایی کرد.

روی‌هم‌رفته، کوتوله‌های سرخ محیطی امیدبخش برای جست‌وجوی علائم حیات فرازمینی هستند. ستاره‌شناسان با استفاده از تلسکوپ فضایی کپلر بیش از ۴،۰۰۰ سیاره‌ی فراخورشیدی را کشف کردند که بخش زیادی از آن‌ها در اطراف کوتوله‌های سرخ قرار دارند. باوجوداین، به‌دلیل محدودیت قابلیت‌های آشکارسازی این تلسکوپ بسیاری از این دنیاها از سیاره‌هایی هستند که در فاصله‌ی بسیار نزدیکی از ستاره‌هایشان قرار دارند و احتمالاً برای سکونت بیش‌از‌اندازه داغ هستند.

همین مسئله برای ستاره‌ی AU Microscopii صدق می‌کند. دو سیاره‌ی غول‌آسای کشف‌شده در فاصله‌ی نزدیک این ستاره قرار دارند. کین امیدوار است تلسکوپ‌های حساس دنیاهای بیشتری را درکمربند حیات کشف کنند.

در‌نهایت، ستاره‌شناسان باید انتخاب کنند تلسکوپ‌های قدرتمند خود را به‌سمت کدام نقطه قرار دهند. اینجا است که کین و تیمش وارد می‌شوند و نشان می‌دهند کوتوله‌های سرخ می‌توانند محیطی مناسب و پایدار برای دوام سیاره‌های سکونت‌پذیر به‌مدت میلیاردها سال باشند. شوستاک درپایان می‌گوید:

این مقاله از این نظر جذاب است که سعی می‌کند رفتار ستاره را در ده‌ها میلیون سال اولیه‌ی حیاتش بررسی کند؛ کاری که در سال‌های گذشته غیرممکن بود. با درک عملکرد ستاره، می‌توانیم بگوییم برای جست‌وجوی حیات به کدام سیاره‌های توجه کنیم و کدام سیاره‌ها گزینه‌ی مناسب‌تری برای جست‌وجوها هستند.