Một thực tế nổi tiếng là tất cả các ngôi sao đều có tuổi thọ. Điều này bắt đầu với sự hình thành của chúng, sau đó tiếp tục qua giai đoạn Trình tự chính của chúng (cấu thành phần lớn cuộc sống của chúng) trước khi kết thúc bằng cái chết. Trong hầu hết các trường hợp, các ngôi sao sẽ phình to gấp hàng trăm lần kích thước bình thường của chúng khi chúng thoát khỏi giai đoạn Chuỗi chính của cuộc đời, trong thời gian đó chúng có thể sẽ tiêu thụ bất kỳ hành tinh nào quay gần với chúng.
Tuy nhiên, đối với các hành tinh quay quanh ngôi sao ở khoảng cách xa hơn (về cơ bản, ngoài hệ thống Frost, Frost Line, về cơ bản), các điều kiện thực sự có thể trở nên đủ ấm để chúng hỗ trợ sự sống. Và theo nghiên cứu mới của Viện Carl Sagan tại Đại học Cornell, tình trạng này có thể kéo dài trong một số hệ sao trong hàng tỷ năm, tạo ra các dạng sống ngoài Trái đất hoàn toàn mới!
Trong khoảng 5,4 tỷ năm nữa, Mặt trời của chúng ta sẽ thoát khỏi giai đoạn Chuỗi chính. Khi cạn kiệt nhiên liệu hydro trong lõi, tro helium trơ được tạo ra ở đó sẽ trở nên không ổn định và sụp đổ dưới trọng lượng của chính nó. Điều này sẽ khiến lõi nóng lên và trở nên dày đặc hơn, từ đó sẽ khiến Mặt trời phát triển kích thước và đi vào giai đoạn được gọi là giai đoạn Red Giant-Branch (RGB) trong quá trình tiến hóa của nó.
Thời kỳ này sẽ bắt đầu với Mặt trời của chúng ta trở thành một thế giới phụ, trong đó nó sẽ dần tăng gấp đôi kích thước trong khoảng nửa tỷ năm. Sau đó, nó sẽ dành nửa tỷ năm tiếp theo để mở rộng nhanh hơn, cho đến khi nó gấp 200 lần kích thước hiện tại và sáng hơn vài nghìn lần. Sau đó, nó sẽ chính thức trở thành một ngôi sao khổng lồ đỏ, cuối cùng mở rộng đến điểm vượt ra ngoài quỹ đạo Sao Hỏa.
Như chúng ta đã khám phá trong một bài viết trước, hành tinh Trái đất sẽ không tồn tại Mặt trời của chúng ta trở thành Người khổng lồ đỏ - cũng không phải là Sao Thủy, Sao Kim hay Sao Hỏa. Nhưng vượt ra ngoài dòng Frost Frost, nơi đủ lạnh để các hợp chất dễ bay hơi - như nước, amoniac, metan, carbon dioxide và carbon monoxide - vẫn ở trong trạng thái đóng băng, những người khổng lồ khí, khổng lồ băng và các hành tinh lùn sẽ tồn tại . Không chỉ vậy, nhưng một sự tan băng lớn sẽ xuất hiện.
Nói tóm lại, khi ngôi sao mở rộng, khu vực có thể ở được của nó có thể sẽ làm điều tương tự, bao gồm các quỹ đạo của Sao Mộc và Sao Thổ. Khi điều này xảy ra, những nơi trước đây không thể ở được - như mặt trăng của Jovian và Cronian - có thể đột nhiên trở nên có thể ở được. Điều tương tự cũng đúng với nhiều ngôi sao khác trong Vũ trụ, tất cả đều được định mệnh trở thành Người khổng lồ đỏ khi họ gần hết tuổi thọ.
Tuy nhiên, khi Mặt trời của chúng ta đạt đến giai đoạn Red Giant Branch, nó chỉ còn tồn tại 120 triệu năm hoạt động. Đây không phải là thời gian đủ để các dạng sống mới xuất hiện, phát triển và trở nên thực sự phức tạp (nghĩa là giống như con người và các loài động vật có vú khác). Nhưng theo một nghiên cứu gần đây xuất hiện trong Tạp chí Vật lý thiên văn - có tiêu đề Vùng có thể sống được của Ngôi sao theo trình tự sau chính - một số hành tinh có thể có thể ở được xung quanh các ngôi sao khổng lồ đỏ khác trong Vũ trụ của chúng ta lâu hơn - trong một số trường hợp lên tới 9 tỷ năm hoặc hơn!
Đặt điều đó vào viễn cảnh, chín tỷ năm gần gấp đôi tuổi hiện tại của Trái đất. Vì vậy, giả sử rằng các thế giới trong câu hỏi cũng có sự pha trộn đúng đắn của các yếu tố, họ sẽ có nhiều thời gian để tạo ra các dạng sống mới và phức tạp. Đồng tác giả nghiên cứu, Giáo sư Lisa Kaltennegeris, cũng là giám đốc của Viện Carl Sagan. Như vậy, cô không xa lạ gì với việc tìm kiếm sự sống ở những nơi khác trong Vũ trụ. Như cô đã giải thích với Tạp chí Vũ trụ qua email:
Chúng tôi thấy rằng các hành tinh - tùy thuộc vào Mặt trời của chúng lớn như thế nào (ngôi sao càng nhỏ, hành tinh càng có thể ở được lâu hơn) - có thể giữ được sự ấm áp và ấm áp lên tới 9 tỷ năm. Điều đó làm cho một ngôi sao cũ trở thành một nơi thú vị để tìm kiếm sự sống. Nó có thể đã bắt đầu dưới bề mặt (ví dụ, trong một đại dương băng giá) và sau đó khi băng tan, các khí mà sự sống hít vào có thể thoát ra ngoài khí quyển - điều cho phép các nhà thiên văn học chọn chúng làm chữ ký của sự sống. Hoặc đối với những ngôi sao nhỏ nhất, thời gian một hành tinh bị đóng băng trước đây có thể tốt đẹp và ấm áp lên tới 9 tỷ năm. Do đó, cuộc sống có thể thậm chí có thể bắt đầu trong thời gian đó.
Sử dụng các mô hình sao hiện có và quá trình tiến hóa của chúng - tức là mô hình tiến hóa đối lưu bức xạ và sao đối xứng một chiều - cho nghiên cứu của mình, Kaltenegger và Ramirez có thể tính toán khoảng cách của các vùng có thể ở được (HZ) xung quanh một loạt Chuỗi sau chính (hậu MS) sao. Ramses M. Ramirez - một cộng tác viên nghiên cứu tại Viện Carl Sagan và là tác giả chính của bài báo - đã giải thích quá trình nghiên cứu cho Tạp chí Vũ trụ qua email:
Chúng tôi đã sử dụng các mô hình tiến hóa sao cho chúng ta biết các đại lượng sao, chủ yếu là độ sáng, bán kính và nhiệt độ đều thay đổi theo thời gian khi ngôi sao già đi qua pha khổng lồ đỏ. Chúng tôi cũng đã sử dụng mô hình khí hậu để tính toán lượng năng lượng mà mỗi ngôi sao xuất ra ở ranh giới của vùng có thể ở được. Biết được điều này và độ sáng của sao được đề cập ở trên, chúng ta có thể tính khoảng cách đến các ranh giới vùng có thể ở được này.
Đồng thời, họ đã xem xét cách thức tiến hóa sao này có thể ảnh hưởng đến bầu khí quyển của các hành tinh sao. Khi một ngôi sao mở rộng, nó mất đi khối lượng và đẩy nó ra ngoài dưới dạng gió mặt trời. Đối với các hành tinh quay gần một ngôi sao hoặc những hành tinh có trọng lực bề mặt thấp, chúng có thể tìm thấy một số hoặc tất cả bầu khí quyển của chúng bị thổi bay đi. Mặt khác, các hành tinh có khối lượng đủ (hoặc được đặt ở khoảng cách an toàn) có thể duy trì hầu hết khí quyển của chúng.
Gió sao từ sự mất mát hàng loạt này làm xói mòn bầu khí quyển hành tinh, mà chúng ta cũng tính toán như là một hàm của thời gian, Ramirez nói. Khi ngôi sao mất đi khối lượng, hệ mặt trời bảo toàn động lượng góc bằng cách di chuyển ra ngoài. Vì vậy, chúng tôi cũng tính đến việc quỹ đạo di chuyển theo thời gian. Bằng cách sử dụng các mô hình kết hợp tỷ lệ tổn thất sao và khí quyển trong các giai đoạn của Sao khổng lồ đỏ (RGB) và Chi nhánh khổng lồ không triệu chứng (AGB), họ có thể xác định được điều này sẽ diễn ra như thế nào đối với các hành tinh có kích thước siêu lớn Moons đến siêu trái đất.
Những gì họ tìm thấy là một hành tinh có thể ở trong HZ sau HS cho các eons trở lên, tùy thuộc vào độ nóng của ngôi sao và tìm ra các kim loại tương tự như Sun Sun của chúng ta. Như Ramirez đã giải thích:
Kết quả chính là thời gian tối đa mà một hành tinh có thể tồn tại trong vùng sao nóng khổng lồ màu đỏ này là 200 triệu năm. Đối với ngôi sao tuyệt vời nhất của chúng ta (M1), thời gian tối đa một hành tinh có thể ở trong vùng có thể ở được của người khổng lồ đỏ này là 9 tỷ năm. Những kết quả này giả định mức độ kim loại tương tự như của Mặt trời của chúng ta. Một ngôi sao có tỷ lệ kim loại cao hơn sẽ mất nhiều thời gian hơn để hợp nhất các phi kim loại (H, He..etc) và do đó, thời gian tối đa này có thể tăng thêm một số, lên tới khoảng hai lần.
Trong bối cảnh Hệ mặt trời của chúng ta, điều này có thể có nghĩa là trong vài tỷ năm nữa, những thế giới như Europa và Enceladus (vốn bị nghi ngờ có sự sống bên dưới bề mặt băng giá của chúng) có thể bị bắn vào những thế giới có thể ở được. Như Ramirez đã tóm tắt rất hay:
Điều này có nghĩa là chuỗi hậu chính là một giai đoạn tiềm năng thú vị khác của sự tiến hóa sao từ quan điểm về khả năng cư trú. Rất lâu sau khi hệ thống các hành tinh bên trong bị biến thành những bãi rác nóng hổi bởi ngôi sao khổng lồ đỏ đang mở rộng, đang phát triển, có thể có những nơi ở có thể ở xa khỏi sự hỗn loạn. Nếu chúng là những thế giới đóng băng, như Europa, băng sẽ tan chảy, có khả năng tiết lộ bất kỳ cuộc sống có từ trước. Sự sống có sẵn như vậy có thể được phát hiện bởi các sứ mệnh / kính viễn vọng trong tương lai đang tìm kiếm sinh trắc học khí quyển.”
Nhưng có lẽ điều thú vị nhất trong nghiên cứu của họ là kết luận rằng các hành tinh quay quanh các khu vực có thể ở được sau sao MS của họ sẽ làm như vậy ở những khoảng cách giúp chúng có thể phát hiện được bằng cách sử dụng các kỹ thuật hình ảnh trực tiếp. Vì vậy, không chỉ có khả năng tìm thấy sự sống xung quanh các ngôi sao cũ tốt hơn so với suy nghĩ trước đây, chúng ta không gặp khó khăn gì trong việc phát hiện ra chúng bằng các kỹ thuật săn ngoại hành tinh hiện tại!
Điều đáng chú ý là Kaltenegger và Tiến sĩ Ramirez đã nộp một bài báo thứ hai để xuất bản, trong đó họ cung cấp danh sách 23 ngôi sao khổng lồ đỏ trong vòng 100 năm ánh sáng của Trái đất. Biết rằng những ngôi sao này, tất cả đều ở trong khu vực sao của chúng ta, có thể có những thế giới duy trì sự sống trong khu vực có thể ở được của chúng sẽ cung cấp thêm cơ hội cho những người săn tìm hành tinh trong những năm tới.
Và hãy chắc chắn xem video này từ Cornellcast, nơi Giáo sư Kaltenegger chia sẻ điều gì truyền cảm hứng cho sự tò mò khoa học của cô và cách các nhà khoa học Cornell, đang làm việc để tìm ra bằng chứng về sự sống ngoài Trái đất.
