A lakott jelölt bolygó kétségtelenül katasztrófákat és kihalási eseményeket tapasztal rajta. Ahhoz, hogy az élet túlélje és fejlődjön egy világban, a megfelelő belső és környezeti feltételekkel kell rendelkeznie, hogy így legyen. (NASA GODDARD SPACE FLIGHT CENTER)

Milyen volt, amikor az első lakható bolygók kialakultak?

Az első bolygók csak gáz voltak. A másodikban sziklás is volt, de az élet nem volt lehetséges. Így jutottunk végre végül oda.

Ma, az univerzumban a potenciálisan lakható bolygók gyakorlatilag mindenhol megtalálhatók. A Föld lehet a sablon ahhoz, amit lakhatónak gondolunk, de elképzelhetünk sok olyan körülményt, amelyek nagyon különböznek a sajátunktól, és amelyek hosszú távon is támogathatják az életet.

Idővel azonban eljutunk a Föld kialakulásához, bár több mint 9 milliárd év telt el a Nagyrobbanás első fellépése óta. Vadul ésszerűtlen az a feltételezés, hogy az Univerzum egész idő alatt megköveteli a tartózkodáshoz szükséges feltételek megteremtését. Ha megvizsgáljuk az élőhely receptjét, akkor azok jóval korábban származhattak volna. Az élet összetevői a puzzle részei, de nem a teljes történet. Mélyebbre kell mennünk ahhoz, hogy lakhatóvá váljunk.

A Magellán felhőben az űrben található atomok és molekulák egy része, amelyet a Spitzer űrteleszkóp ábrázolt. A nehéz elemek, a szerves molekulák, a víz és a sziklás bolygók létrehozása mind szükséges volt ahhoz, hogy még esélyünk legyen a megvalósulásra. (NASA / JPL-CALTECH / T. PYLE (SSC / CALTECH))

Az első dolog, amire szüksége van, a megfelelő típusú csillag. Mindenféle forgatókönyv létezhet, ahol egy bolygó túlélhet egy aktív, erőszakos csillag körül, és az ellenség ellenére is életképes maradhat. A vörös törpe csillagok, mint például a Proxima Centauri, fáklyákat bocsáthatnak ki, és fennáll a veszélye annak, hogy megsemmisítik egy potenciálisan lakható bolygó légkörét, de nincs ok arra, hogy a mágneses mező, a vastag légkör és az élet olyan okos, hogy menedéket keressen egy ilyen intenzív esemény során Talán mindegyik kombinálhatja egy ilyen világ tartós életképességét.

De ha a csillag túl rövid életű, akkor az alkalmazhatóság lehetetlen. A csillagok első generációja, a III. Népesség csillag néven kudarcot vall ezen a számlán. Szükségünk van arra, hogy a csillagok legalább bizonyos fémeket (a héliumon kívüli nehéz elemeket) tartalmaznak, különben nem élnek elég hosszú ideig ahhoz, hogy egy bolygó életbarátvá váljon, amely már körülbelül 250 millió évvel a Nagyrobbanás után elkerül nekünk.

Az univerzum első csillagjait és galaxisait (főleg) hidrogéngáz semleges atomjai veszik körül, ami elnyeli a csillagfényt. Ezeknek a korai csillagoknak a nagy tömege és magas hőmérséklete segíti az univerzálást az univerzumban, de nehéz elemek nélkül az élet és a potenciálisan lakható bolygók teljesen lehetetlenek. (NICOLE RAGER TELJESEBB / NEMZETI TUDOMÁNYOS ALAP)

Feltételezve, hogy elég alacsony tömegű csillagokat képezhetünk, amelyek milliárd évig tovább éghetnek, a következő összetevőre szükségünk van a megfelelő típusú bolygónak. Amennyiben megértjük az életet, ez azt jelenti, hogy a világnak szüksége van:

  • energiagradiens, ha nem egyenletes energiabemenettel rendelkezik,
  • elégséges légkör fenntartásának képessége,
  • valamilyen formában folyékony víz a felületen,
  • és a megfelelő nyers összetevőket, hogy az élet a körülmények helyes összefolyása miatt fennmaradjon és virágzzon.

Egy elég nagy méretű sziklás bolygó, amely megfelelő légköri sűrűséggel alakul ki, és világát a megfelelő távolságból kering, esélye van. Tekintettel az összes bolygóra, amely esetlegesen egy új csillag körül alakulhat ki, és az egyes galaxisokban képződött csillagok csillagszáma alapján, ezen első három feltétel könnyen teljesíthető.

30 protoplanetáris korong vagy támaszpont, a Hubble által az Orion ködben leképezett kép szerint. A csillag kialakítása sziklás bolygókkal körülöttük meglehetősen könnyű, ám a Föld-szerű feltételekkel finom, de fontos módon kialakítani egy csillagot sokkal nagyobb kihívást jelent. (NASA / ESA ÉS RICCI L. (ESO))

A csillag keringése révén energiagradiens lesz, akárcsak egy bolygó körül kering, ha egy nagy hold vagy egyszerűen geológiailag aktív. Akár napenergia, akár hidrotermális / geotermikus aktivitásból származik, az egyenetlen energiabevitel egyszerű. Ha elegendő mennyiségű szén, hidrogén, nitrogén, oxigén és néhány más elem van, akkor a megfelelő atmoszféra folyékony vizet enged a felszínen. Az ilyen körülményekkel rendelkező bolygóknak az Univerzum mindössze 300 millió éves koráig létre kell lépniük.

A protoplanetáris korong illusztrációja, ahol először a bolygók és a síkbeli minták alakulnak ki, „réseket” hozva létre a korongban, amikor így vannak. A külső korong biztosítja az anyagot, amely felgyorsítja, és létrehozza a bolygók köpenyét, kéregét, légkörét és óceánját, mint a miénk. Sok csillaggeneráció szükséges ahhoz, hogy olyan bolygórendszerhez érkezzen, amelyben olyan földszerű bolygó van, amelyben a megfelelő nehézségi elemek szintje megfelelő Föld-szerű bolygóra támaszkodik, hogy támogassa azt az életet, amelyben mi tudjuk. (NAOJ)

A legfontosabb akadály, amelyet itt kell legyőznünk, az, hogy elegendő számú ebből a nehéz elemből áll, amelyek nélkülözhetetlenek a periódusos rendszerben, mint amit mi tudunk. És több időbe telik, mint ahhoz, hogy pusztán sziklás bolygót készítsenek a megfelelő fizikai feltételekkel.

Ezekre az elemekre azért van szükség, hogy lehetővé tegyék a megfelelő biokémiai reakciókat, amelyekre az életfolyamatokhoz szükségünk van. A nagy galaxisok külvárosában sok milliárd évbe telhet, amíg elegendő csillaggeneráció él és hal meg ahhoz, hogy felálljon a szükséges bőséghez.

A csillagok a Tejútban elhelyezkedése és fémességük, vagy nehéz elemek jelenléte közötti kapcsolat. A Tejút központi korongjától számított körülbelül 3000 fényévnyi csillagokon, több tízezer fényév távolságon belül, rendkívül sok a Naprendszer-szerű nehéz elem. De a világegyetem történetében korábban vagy közelebb kell mennie egy spirális galaxis galaktikus központjához, vagy egy erősen fejlett ellipszis megfelelő beáramlásának helyére, hogy megtalálják a nehéz elemek ilyen szintjét. (ZELJKO IVEZIC / WASHINGTON EGYETEM / SDSS-II EGYÜTTMŰKÖDÉS)

A galaxisok szívében, ahol a csillagképződés gyakran, folyamatosan fordul elő, a szupernóvák, a bolygó-ködök és a neutroncsillagok korábbi generációinak újrahasznosított maradványaiból ez a bőség gyorsan növekedhet. Még a saját galaxisunkban is a Messier 69 gömbös klaszter teljes mértékben megkapja Napunk nehéz elemeinek 22% -át, amíg az Univerzum csak 700 millió éves.

A Messier 69 gömbös klaszter rendkívül szokatlan, mivel hihetetlenül öreg, mindössze 5% -a az univerzum jelenlegi korának, ugyanakkor nagyon magas fémtartalommal rendelkezik, 22% -ánál Napunk fémességét. (HUBBLE LEGACY ARCHÍVUM (NASA / ESA / STSCI), HST / WIKIMEDIA KÖZÖS HASZNÁLATOS FABIAN RRRR)

A galaktikus központ viszont viszonylag nehéz hely egy bolygó számára, ésszerű kételyeken túl lakhatónak tekinthető. Bárhol is vannak csillagok, amelyek folyamatosan képződnek, látványos fordulatot szerez a kozmikus tűzijátékokon. A gammasugár kitörések, szupernóvák, fekete lyukak kialakulása, kvazárok és összeomló molekuláris felhők olyan környezetet teremtenek, amely a legjobb esetben bizonytalan az élet kialakulásához és fenntartásához.

Ahhoz, hogy olyan környezet álljon rendelkezésre, amelyben magabiztosan kijelenthetjük, hogy az élet létrejön és fennmarad, meg kell, hogy e folyamat hirtelen véget érjen. Szükségünk van valamitre, hogy megállítsuk a csillagképződést, ami viszont a kiboshot tegye annak a tevékenységnek, amely a világ leginkább veszélyezteti az alkalmazhatóságot. Ezért lehet, hogy a legkorábbi, fenntarthatóbb lakható bolygók nem olyan galaxisban vannak, mint a miénk, hanem egy vörös és halott galaxisban, amely több milliárd évvel ezelőtt megszűnt a csillagok kialakulásáról.

A galaxis klaszterek, mint például az Abell 1689, a legnagyobb kötött struktúrák az univerzumban. Ha például a spirálok egyesülnek, nagyszámú új csillag képződik, de akár az egyesülés után, akár a fürtön belüli közegen keresztül történő gyorsítás révén a gáz eltávolítható, ami a csillagképződés végéhez vezet. (NASA, ESA, E. JULLO (JET-PROPULSION LABORATORY), P. NATARAJAN (YALE EGYETEM) és J.-P. KNEIB (LABORATOIRE D'ASTROPHYSIQUE DE MARSEILLE, CNRS, FRANCIAORSZÁG)

A mai galaxisokra tekintve, ezeknek mintegy 99,9% -ában még mindig vannak gáz- és porpopulációk, ami csillagok új generációjához és állandó, folyamatos csillagképződéshez vezet. De mintegy 1 az 1000-ből a galaxisban körülbelül 10 milliárd évvel ezelőtt vagy annál tovább álltak le az új csillagok kialakulása. Amikor kifogytak a külső tüzelőanyagok, amelyek katasztrófás nagy galaktikus összeolvadás következményeként fordulhatnak elő, a csillagképződés hirtelen véget ér. Az új csillagok kialakulása nélkül a masszív, kékesebbek egyszerűen véget vetnek az életének, amikor elfogy az üzemanyag, és a hűvösebb, vöröses csillagok maradnak az egyetlen túlélőként. Ezeket a galaxisokat manapság „vörös és halott” galaxisnak nevezik, mivel csillaguk stabil, öreg és akadálytalan az új csillagképződés által okozott erőszak miatt.

Az egyik, az NGC 1277 galaxis, még a relatív kozmikus kertben is megtalálható.

A „vörös és halott” galaxis NGC 1277 a Perseus klaszterben található. Míg a többi galaxis vörös és kék csillagok keverékét tartalmazza, ez a galaxis nem hozott létre új csillagokat körülbelül 10 milliárd év alatt (NASA, ESA, M. BEASLEY (INSTITUTO DE ASTROFÍSICA DE CANARIAS) és P. KEHUSMAA)

Lehet, hogy a leginkább egy lakható bolygó receptje lenne

  • gyorsan csillagokat képeznek,
  • újra és újra,
  • egy nagy galaxis nagyon sűrű részén,
  • egy jelentős fúzió követi,
  • ami hatalmas csillagszórást eredményez,
  • amelyet a csillagképződés hirtelen véget vet, amely meghatározatlan jövőben is fennáll.

Ez hozzá tud engedni minket a csillagokhoz és a bolygókhoz, ahol a Napszerű nehéz elemek sokasága alig több mint egy milliárd év alatt zajlik, ahol a csillagképződés idővel véget vet az Univerzumnak csak egy árnyékában, amely kétmilliárd évnél fiatalabb.

Arp 116, melyet az óriás, elliptikus Messier 60 ural. A nagy gázpopulációk nélkül, hogy új csillagokat képezzenek, a galaxisban már meglévő csillagok végül kiégnek, és nem sok marad ahhoz, hogy megvilágítsák az égboltot. A fémben gazdag elliptikus galaxisok, amelyekben a leggyorsabban elfogy az üzemanyag, lehetnek a legjobb helyek az Univerzumban felmerülő első lakható bolygók megkeresésére. (NASA / ESA HUBBLE SPACE TELESCOPE)

Rendkívül gyors, optimista becslés, de manapság körülbelül két billió galaxis létezik az univerzumban, tehát minden bizonnyal léteznek olyan galaxisok, amelyek kozmikus furcsaságokat mutatnak, és statisztikai távolságok, mint ez. Az egyetlen kérdés továbbra is a bőség, a valószínűség és az időkeretek kérdése. Az élet az univerzumban merülhet fel a milliárd éves küszöb elérése előtt, de a fenntartható, folyamatosan lakható világ sokkal nagyobb eredmény, mint az pusztán az élet.

Idővel az Univerzum két milliárd évnél fiatalabb árnyékban van - jelenlegi életkorának csupán 13–14% -a - galaxisokkal kell rendelkeznünk benne, a Napszerű csillagokkal, a Földhez hasonló bolygókkal, és semmi ne akadályozza meg az élet kialakulását vagy fenntartását. Az élet összetevőinek ott kell lennie. Az élet feltételeinek, amint tudjuk, tudnunk kell, hogy legyenek. Csak az a lépés maradt, amelyet maga a tudomány még nem tud megtenni: az élet megfelelő feltételeitől és összetevőitől a tényleges, élő organizmusokig.

További tudnivalók arról, hogy milyen volt az Univerzum, amikor:

  • Milyen volt, amikor az univerzum felfújódott?
  • Milyen volt, amikor először kezdődött a Nagyrobbanás?
  • Milyen volt, amikor az Univerzum volt a legforróbb?
  • Milyen volt, amikor az Univerzum először több anyagot hozott létre, mint az antianyag?
  • Milyen volt, amikor a Higgs tömeget adott az Univerzumnak?
  • Milyen volt, amikor először protonokat és neutronokat készítettünk?
  • Milyen volt, amikor elveszítettük az utolsó antianyagunkat?
  • Milyen volt, amikor az Univerzum elkészítette első elemeit?
  • Milyen volt, amikor az Univerzum először atomokat készített?
  • Milyen volt, amikor az univerzumban nem voltak csillagok?
  • Milyen volt, amikor az első csillagok világossá váltak?
  • Milyen volt, amikor meghalt az első csillag?
  • Milyen volt, amikor az Univerzum elkészítette a csillagok második generációját?
  • Milyen volt, amikor az Univerzum készítette az első galaxisokat?
  • Milyen volt, amikor a csillagfény először áttörött a Világegyetem semleges atomjain?
  • Milyen volt, amikor az első szupermasszív fekete lyukak kialakultak?
  • Milyen volt az, amikor az élet a világegyetemben először lehetővé vált?
  • Milyen volt, amikor a galaxisok alkották a legtöbb csillagot?

A Starts With A Bang mostantól a Forbes-en működik, és a Mediumon közzéteszik, a Patreon támogatóinknak köszönhetően. Ethan két könyvet írt, a Beyond The Galaxy és a Treknology: A Star Trek tudománya a Tricorders-től a Warp Drive-ig.