Việc tìm kiếm sự sống ngoài trái đất bên ngoài Hệ Mặt trời của chúng ta hiện đang tập trung vào các hành tinh ngoài hệ mặt trời trong các khu vực có thể ở được. Các hệ thống ngoại hành tinh xung quanh các ngôi sao tương tự Mặt trời. Tìm kiếm các hành tinh giống Trái đất xung quanh các ngôi sao khác là mục tiêu chính của Sứ mệnh Kepler của NASA.
Vùng có thể ở được (HZ) xung quanh một ngôi sao được định nghĩa là phạm vi khoảng cách mà nước lỏng có thể tồn tại trên bề mặt của một hành tinh trên mặt đất, với bầu không khí đủ dày đặc. Các hành tinh trên mặt đất thường được định nghĩa là đá và tương tự Trái đất về kích thước và khối lượng. Một hình ảnh của các khu vực có thể ở được xung quanh các ngôi sao có đường kính khác nhau, độ sáng và nhiệt độ được hiển thị ở đây. Vùng màu đỏ quá nóng, vùng màu xanh quá lạnh, nhưng vùng màu xanh lá cây phù hợp với nước lỏng. Bởi vì nó có thể được mô tả theo cách này, HZ cũng được gọi là Khu vực Goldilocks.
Thông thường, chúng ta nghĩ rằng các hành tinh xung quanh các ngôi sao khác tương tự như hệ mặt trời của chúng ta, nơi một hành tinh quay quanh các hành tinh quay quanh một ngôi sao. Mặc dù về mặt lý thuyết là có thể, các nhà khoa học đã tranh luận liệu các hành tinh sẽ được tìm thấy xung quanh các cặp sao hay nhiều hệ sao. Sau đó, vào tháng 9 năm 2011, các nhà nghiên cứu thuộc sứ mệnh NASA Kepler đã công bố phát hiện ra Kepler-16b, một hành tinh lạnh, có kích cỡ bằng sao Thổ quay quanh một cặp sao, như Tatooine giả tưởng của Star Wars.
Tuần này tôi có cơ hội phỏng vấn một trong những tay súng trẻ đang nghiên cứu ngoại hành tinh, Billy Quarles. Thứ hai, Billy và các đồng tác giả, giáo sư Zdzislaw Musielak và phó giáo sư Manfred Cuntz, đã trình bày những phát hiện của họ về khả năng các hành tinh giống Trái đất bên trong các khu vực có thể ở được của Kepler 16 và các hệ sao sao khác, tại cuộc họp AAS ở Austin, Texas .
Để xác định vùng có thể ở được, chúng tôi tính toán lượng từ thông xảy ra trên một vật thể ở một khoảng cách nhất định, Billy Billy giải thích. Tiết Chúng tôi cũng đã tính đến việc các hành tinh khác nhau với khí quyển khác nhau sẽ giữ nhiệt khác nhau. Một hành tinh có hiệu ứng nhà kính thực sự yếu có thể ở gần các ngôi sao hơn. Đối với một hành tinh có hiệu ứng nhà kính mạnh hơn nhiều, vùng có thể ở được sẽ xa hơn.
Trong nghiên cứu cụ thể của chúng tôi, chúng ta có một hành tinh quay quanh hai ngôi sao. Một trong những ngôi sao sáng hơn nhiều so với ngôi sao kia. Sáng hơn rất nhiều, đến nỗi chúng tôi đã bỏ qua thông lượng đến từ ngôi sao đồng hành nhỏ hơn hoàn toàn. Vì vậy, định nghĩa của chúng tôi về vùng có thể ở trong trường hợp này là một ước tính bảo thủ.
Quarles và các đồng nghiệp của ông đã thực hiện các nghiên cứu số lượng lớn về sự ổn định lâu dài của các quỹ đạo hành tinh trong Kepler 16 HZ. Sự ổn định của quỹ đạo hành tinh phụ thuộc vào khoảng cách từ các ngôi sao nhị phân, Quarles nói. Càng xa, họ càng có xu hướng ổn định hơn, bởi vì có ít sự nhiễu loạn hơn từ ngôi sao thứ cấp.
Đối với hệ thống Kepler 16, quỹ đạo hành tinh quanh ngôi sao chính chỉ ổn định ở mức 0,0675 AU (đơn vị thiên văn). Đó là bên trong giới hạn bên trong của khả năng cư trú, nơi mà hiệu ứng nhà kính chạy trốn tiếp quản, Billy Billy giải thích. Điều này hoàn toàn loại trừ khả năng các hành tinh có thể ở được trên quỹ đạo gần xung quanh ngôi sao chính của cặp. Những gì họ tìm thấy là các quỹ đạo trong Vùng Goldilocks ở xa hơn, xung quanh cặp sao khối lượng thấp Kepler 16, ổn định trên quy mô thời gian từ một triệu năm trở lên, cung cấp khả năng sự sống có thể tiến hóa trên một hành tinh trong HZ đó.
quỹ đạo gần tròn Kepler 16b của, khoảng 65 triệu dặm từ các ngôi sao, là trên các cạnh bên ngoài của vùng sinh sống này. Là một người khổng lồ khí, 16b không phải là một hành tinh trên mặt đất có thể ở được. Tuy nhiên, một mặt trăng giống như Trái đất, một Mặt trăng Goldilocks, trên quỹ đạo quanh hành tinh này có thể duy trì sự sống nếu nó đủ lớn để giữ lại bầu khí quyển giống Trái đất. Chúng tôi xác định rằng một exomoon có thể ở được trên quỹ đạo quanh Kepler-16b, Quarles nói.
Tôi đã hỏi Quarles sự tiến hóa của sao ảnh hưởng đến các Vùng Goldilocks này như thế nào. Anh ấy nói với tôi, Có một số điều cần xem xét trong suốt vòng đời của một hệ thống. Một trong số đó là cách ngôi sao tiến hóa theo thời gian. Trong hầu hết các trường hợp, vùng có thể ở được bắt đầu gần và sau đó từ từ trôi ra.
Trong suốt vòng đời chính của ngôi sao, sự đốt cháy hạt nhân của hydro tích tụ helium trong lõi của nó, gây ra sự gia tăng áp suất và nhiệt độ. Điều này xảy ra nhanh hơn ở những ngôi sao có khối lượng kim loại lớn hơn và thấp hơn. Những thay đổi này ảnh hưởng đến các khu vực bên ngoài của ngôi sao, dẫn đến sự gia tăng ổn định về độ sáng và nhiệt độ hiệu quả. Ngôi sao trở nên sáng hơn, khiến HZ di chuyển ra ngoài. Chuyển động này có thể dẫn đến một hành tinh trong HZ khi bắt đầu vòng đời chính của ngôi sao, trở nên quá nóng và cuối cùng, không thể ở được. Tương tự, một hành tinh khắc nghiệt ban đầu bên ngoài HZ, có thể tan ra và cho phép sự sống bắt đầu.
Đối với nghiên cứu của chúng tôi, chúng tôi đã bỏ qua phần tiến hóa của sao, tác giả chính của Quarles cho biết. Cược Chúng tôi đã chạy các mô hình của chúng tôi trong một triệu năm để xem khu vực có thể ở được là một phần của vòng đời Ngôi sao.
Ở đúng khoảng cách từ ngôi sao của nó chỉ là một trong những điều kiện cần thiết để một hành tinh có thể ở được. Các điều kiện có thể sống trên một hành tinh đòi hỏi các điều kiện địa vật lý và địa hóa khác nhau. Nhiều yếu tố có thể ngăn ngừa, hoặc cản trở, khả năng cư trú. Ví dụ, hành tinh có thể thiếu nước, trọng lực có thể quá yếu để giữ được bầu không khí dày đặc, tỷ lệ tác động lớn có thể quá cao hoặc các thành phần tối thiểu cần thiết cho sự sống (vẫn còn tranh luận) có thể không có ở đó.
Một điều rõ ràng. Ngay cả với tất cả các yêu cầu cho cuộc sống như chúng ta biết, dường như có rất nhiều hành tinh xung quanh các ngôi sao khác, và rất có thể, Goldilocks Moons xung quanh các hành tinh, quay quanh các khu vực có thể ở của các ngôi sao trong thiên hà của chúng ta, việc phát hiện dấu hiệu sự sống trong bầu khí quyển của một hành tinh hoặc mặt trăng quanh Mặt trời khác dường như chỉ là vấn đề thời gian.
