احتمال وجود حيات در مدار كوتوله‌هاي سرخ چقدر است؟

ستاره‌هاي كوتوله‌ي سرخ از ستاره‌هاي رايج در همسايگي خورشيد و كل راه شيري هستند. بسياري از سياره‌هاي فراخورشيدي مشابه زمين در مدار كوتوله‌هاي سرخ كشف شدند كه مي‌توانند سكونت‌پذير باشند. كوتوله‌هاي سرخ مي‌توانند شعله‌ها و زبانه‌هاي شديدي منتشر كنند كه قدرت آن‌ها از زبانه‌هاي خورشيدي شديدتر است؛ اما اين رفتار چه معنايي براي سياره‌هاي فراخورشيدي ميزبان حيات خواهد داشت؟

بخش زيادي از حيات روي زمين و احتمالا دنياهاي ديگر به انرژي ستاره‌‌ي ميزبان وابسته است. از زمان تشكيل اولين سلول‌ها، خورشيد مانند موتوري براي حيات روي زمين عمل مي‌كند؛ اما گاهي خورشيد نيز مانند ساير ستاره‌ها رفتارهاي ناهنجاري را از خود نشان مي‌دهد و زبانه‌هاي شديدي منتشر مي‌كند. در اين وضعيت، انرژي مغناطيسي قدرتمند خورشيد ناپايدار و مقادير زيادي انرژي آزاد مي‌شود. اگر اين انرژي به‌سمت زمين منتشر شود، اشكالاتي به‌وجود خواهد آورد. براي مثال، مي‌تواند باعث ايجاد اختلال در ارتباطات راديويي و حتي خاموشي شهرها شود.

بااين‌همه از‌انديشه متخصصين فعاليت زبانه‌اي، خورشيد از برخي ستاره‌هاي ديگر ضعيف‌تر است. برخي ستاره‌ها به‌ويژه كوتوله‌هاي سرخ، زبانه‌هايي با فركانس و شدت زياد منتشر مي‌كنند. تيمي از پژوهشگران تأثير فعاليت‌هاي زبانه‌اي بر جوّ و ظرفيت حيات سياره‌هاي فراخورشيدي مشابه زمين را مطالعه كردند كه در مدار ستاره‌هاي نوع M، ستاره‌هاي نوع K و ستاره‌هاي نوع G قرار دارند.

عنوان پژوهش جديد «تأثير شيميايي جوّ زبانه‌زا بر دنياهاي سنگي كمربند حيات» است. هوارد چن، دانشجوي دكتري دانشگاه ساوت‌وسترن، مؤلف اصلي مقاله است. يافته‌هاي اين مقاله در مجله‌ي Nature Astronomy منتشر شده است. آليسون يانگبلاد، ستاره‌شناس دانشگاه بولدر كلرادو و يكي از مؤلفان اين پژوهش، معتقد است:

خورشيد ما در‌مقايسه‌با ستاره‌هاي ديگر، غولي آرام است. سن خورشيد بيشتر است و مانند ستاره‌هاي كوچك‌تر و جوان‌تر فعال نيست. همچنين، زمين ميدان مغناطيسي قدرتمندي دارد كه بادهاي مخرب خورشيدي را خنثي مي‌كند.

در نتيجه طبق تعريف كارل ساگان، زمين با حيات احاطه شده است؛ اما شرايط براي سياره‌هاي واقع در مدار ستاره‌هاي كم‌جرم مثل كوتوله‌هاي سرخ (كوتوله‌هاي M) بسيار متفاوت است. مي‌دانيم زبانه‌هاي خورشيدي و خروج انرژي تاج خورشيدي مي‌توانند براي حيات روي سياره‌هاي فراخورشيدي بدون محافظ بسيار مخرب باشند. مؤلفان در مقدمه‌ي پژوهش مي‌نويسند:

فعاليت خورشيدي كه زبانه‌ها و خروج جرم از تاج خورشيدي (CME‌ها) و رويدادهاي پروتوني ستاره‌اي (SPE-ها) را شامل مي‌شود، تأثير زيادي بر سكونت‌پذيري سياره به‌ويژه اوزون جوّي آن مي‌گذارد.

تصويري فرضي از شدت زبانه‌هاي كوتوله‌ي سرخ

يك زبانه به‌مرور‌زمان تأثير چنداني نخواهد داشت؛ اما بسياري از كوتوله‌هاي سرخ به‌صورت مرتب و در بازه‌هاي طولاني‌تر، زبانه‌هايي منتشر مي‌كنند. هوارد چن، مؤلف اصلي مقاله، دراين‌باره مي‌گويد:

شيمي جوّ سياره‌هايي كه تحت‌تأثير زبانه‌ها قرار دارند، با سياره‌هاي ديگر مقايسه كرديم. شيمي جوّ آن‌ها در بلندمدت تفاوت زيادي دارد و زبانه‌هاي پيوسته مي‌توانند تركيب جوّي سياره‌ را وارد موازنه‌ي شيميايي جديدي كنند.

يكي از نكات مطالعه‌شده‌، اوزون و تأثير شعله‌ها بر آن بود. اينجا روي زمين لايه‌ي اوزون از ما در‌برابر پرتوهاي مضر UV (فرابنفش) خورشيد محافظت مي‌كند؛ اما فعاليت شديد زبانه‌‌اي كوتوله‌هاي سرخ مي‌تواند اوزون جوّ سياره‌هاي اطراف را از بين ببرد.

با كاهش سطح اوزون، سپر محافظتي سياره دربرابر پرتوهاي UV ضعيف مي‌شود و اين پرتوهاي قدرتمند مي‌توانند احتمال حيات سياره‌اي را كاهش دهند. پژوهشگران در مطالعه خود از مدل‌هايي براي كمك به درك زبانه‌هاي خورشيدي و تأثير آن‌ها بر جوّ سياره‌هاي فراخورشيدي و از داده‌هاي تلسكوپ TESS ناسا و داده‌هاي اقليمي بلندمدت سياره‌ي فراخورشيدي از مطالعه‌هاي ديگر استفاده كردند. طبق يافته‌ها، برخي سياره‌ها با وجود زبانه‌هاي ستاره‌اي اوزون خود را حفظ كردند. دنيل هورتون، مؤلف اصلي پژوهش، معتقد است:

متوجه شديم زبانه‌هاي خورشيدي لاخبار تخصصيا حيات را از بين نمي‌برند. در برخي نمونه‌ها، زبانه‌ها كل اوزون جوّي را از بين نمي‌برند.

سياره‌هايي كه مي‌توانند از حيات همراهي كنند، احتمالا در موقعيت سرسختي قرار دارند. اين سياره‌ها به‌اندازه‌ي كافي به ستاره‌هاي خود بايد نزديك باشند تا آب مايع روي سطح آن‌ها جريان پيدا كند. همچنين، فاصله‌ي آن‌ها به‌قدري نبايد كم باشد كه دماي سطح افزايش پيدا كند و تحت‌تأثير زبانه‌هاي قدرتمند قرار بگيرند.

كوتوله‌هاي سرخ كوچك‌تر و خنك‌تر از خورشيد هستند؛ در‌نتيجه كمربند حيات سياره‌هاي اطراف آن‌ها هم كوچك‌تر و فاصله‌ي آن‌ها تا ستاره‌ي ميزبان نزديك‌تر از فاصله‌ي زمين تا خورشيد است. بدين‌ترتيب، نه‌تنها در‌معرض زبانه‌ها قرار مي‌گيرند؛ بلكه دربرابر ستاره‌هاي خود دچار قفل جزر‌و‌مدي مي‌شوند؛ يعني هميشه يك سمت از سياره به طرف ستاره قرار مي‌گيرد.

تركيب زبانه‌ها و قفل جزرومدي شرايط به‌وجود‌آمدن حيات احتمالي را دشوار مي‌كنند. چرخش زمين باعث توليد مگنتوسفر (مغناطيس‌كره) محافظتي آن مي‌شود؛ اما سياره‌هايي كه دربرابر ستاره‌ي خود قفل جزر‌و‌مدي دارند، نمي‌توانند مگنتوسفر توليد كنند و در‌معرض پرتوهاي مضر UV قرار مي‌گيرند. هورتون بيان مي‌كند:

سياره‌هاي موجود در كمربند حيات ستاره‌هاي كوتوله‌ي نوع M و نوع K را مطالعه كرديم كه از ستاره‌هاي متداول جهان هستند. كمربند حيات اطراف اين ستاره‌ها كوچك‌تر است؛ زيرا اين ستاره‌ها كوچك‌تر و ضعيف‌تر از ستاره‌هايي مثل خورشيد هستند. همچنين، فعاليت زبانه‌اي ستاره‌هاي كوتوله‌ي M و K بيشتر از فعاليت خورشيد است و قفل جزر‌و‌مدي احتمال ايجاد ميدان‌هاي مغناطيسي محافظ را از بين مي‌برد.

البته اين پژوهش جنبه‌هاي مثبتي هم دارد. طبق يافته‌ها، فعاليت‌ زبانه‌ها مي‌تواند به جست‌وجوي حيات كمك كند. زبانه‌ها معمولا كشف برخي گازهاي موسوم به شاخص‌هاي زيستي را آسان‌تر مي‌كنند. با كشف انرژي حاصل از زبانه‌ها، مي‌توان به وجود گازهايي مثل نيتريك‌اسيد و نيتروس‌دي‌اكسيد و نيتروس‌اكسيد پي برد كه همه از نشانه‌هاي فرايندهاي زيستي هستند. هوارد چن مي‌گويد:

رويدادهاي اقليمي فضايي معمولا به‌عنوان عامل تعيين‌كننده‌ي سكونت‌پذيري در انديشه متخصصين گرفته مي‌شوند؛ اما پژوهش ما نشان مي‌دهد براساس برخي اقليم‌هاي فضايي، مي‌توان آثار گازهاي مهم در فرايندهاي زيستي را شناسايي كرد.

نتايج يادشده فقط براي برخي از سياره‌ها صدق مي‌كند. در نمونه‌هاي ديگر، زبانه‌ها مي‌توانند آثار زيستي حيات را نابود كنند. مؤلفان مي‌گويند:

گرچه گزارشي از آثار سه‌بعدي زبانه‌هاي خورشيدي بر اكسايش جوّي ارائه داديم، زبانه‌هاي قوي مي‌توانند آثار غيرمنتظره‌ي ديگري را هم بر جوّها بگذارند و شرايط حيات را كاهش دهند. براي مثال، انواع هيدروژن اكسيد به‌دست‌آمده از زبانه‌ها مي‌توانند آثار زيستي مهم بي‌هوازي مثل متان و دي‌متيل‌سولفيد و كربنيك‌سولفيد را از بين ببرند.

 اشكال ديگر، مگنتوسفر يا مغناطيس‌كره‌ي سياره‌هاي فراخورشيدي است. طبق يافته‌ها، زبانه‌هاي بزرگ مي‌توانند به آشكارسازي ماهيت و وسعت مغناطيس‌كره‌ها كمك كنند. مؤلفان مي‌افزايند:

رويدادهاي پروتوني زبانه‌هاي بزرگ مي‌توانند با تأكيد بر نواحي مشخصي از سياره، وجود ميدان‌هاي مغناطيسي سياره‌اي را آشكار كنند. با شناسايي جريان اكسيدهيدروژن در طول طوفان‌هاي مغناطيسي يا رويدادهاي شفقي، مي‌توان وسعت هندسي مگنتوسفر سياره‌هاي فراخورشيدي را اندازه‌گيري كرد.

براساس پژوهش‌هاي ديگر، سياره‌هاي فراخورشيدي كه درمعرض زبانه‌هاي كوتوله‌هاي سرخ قرار مي‌گيرند، موقعيت مناسبي براي جست‌وجوي حيات به‌شمار نمي‌روند. فعاليت‌هاي زبانه‌اي بسيار تعيين‌كننده هستند؛ اما اين پژوهش نشان مي‌دهد موقعيت پيچيده‌تر از حد تصور است.

به‌طور‌كلي، زبانه‌ها به كشف آثار زيستي در بعضي نمونه‌ها كمك مي‌كنند. همچنين، با اينكه زبانه‌ها مي‌توانند جوّ سياره‌هاي فراخورشيدي را مختل كنند، در بسياري از نمونه‌ها جوّ اين سياره‌ها به وضعيت عادي بازمي‌گردند. افزون‌براين، ستاره‌هاي كم‌جرم طولاني‌تر از ستاره‌هايي مثل خورشيد عمر مي‌كنند؛ در‌نتيجه زمان بيشتري براي رشد حيات در سياره‌هايشان فراهم مي‌كنند.

اين پروژه حاصل تلاشي جمعي است. كار ما بر مزيت تلاش‌هاي ميان‌رشته‌اي در مطالعه شرايط سياره‌هاي فراخورشيدي تأكيد مي‌كند.

مقاله‌ي اصلي در Universe Today منتشر شد.