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 értünk végül oda.

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

Az idő múlásával eljutunk a Föld kialakulásához, bár több mint 9 milliárd év telt el a Nagyrobbanás első fellépése óta. Vadul ésszerűtlen azt feltételezni, hogy az Univerzum mindezt az időt megköveteli a tartózkodáshoz szükséges feltételek megteremtéséhez. 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 a 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 mindegyik kombinálhatja ezt a világot tartósan életképessé.

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) tartalmazzanak, különben nem élnek elég hosszú ideig ahhoz, hogy egy bolygó vendégszeretővé váljon az életben, 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 kialakuló csillagok csillagszáma alapján, ezek az első három feltétel könnyen teljesíthetők.

30 protoplanetáris korong vagy támaszpont, a Hubble által az Orion ködben leképezett kép szerint. A csillag kialakítása sziklás bolygókkal körülöttük viszonylag 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 Univerzumnak csak 300 millió éves koráig létre kell lépniük.

A protoplanetáris korong illusztrációja, ahol a bolygók és a síkbeli minták képeznek először, „réseket” hozva létre a korongban, amikor ilyenek. A külső korong biztosítja az anyagot, amely felgyorsítja, és létrehozza a bolygók köpenyét, kéregét, légkörét és óceánját, mint a miénk. A csillagok sok generációja eltart egy olyan bolygórendszer eléréséig, amelyben lehet egy Föld-szerű bolygó, amelyben a megfelelő nehézségi elemek szintje megfelelő, hogy támogassa az életet, ahogy 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 szélén elhelyezkedő helyeken sok milliárd évbe telhet, amíg elegendő csillaggeneráció él és hal meg, 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 Naprendszerhez hasonló 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 egészen napfény nehéz elemtartalmának 22% -áig megkapja az időt, amikor az Univerzum csupán 700 millió éves.

A Messier 69 gömbös klaszter rendkívül szokatlan, mivel hihetetlenül öreg, mindössze 5% -át teszi ki 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, hogy ésszerű kételyeken túl lakhatónak lehessen tekinteni. Bárhová is folyamatosan csillagokat formálnak, látványos fordulatot kap a kozmikus tűzijátékok között. 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 kiboszhot tegye annak a tevékenységnek, amely a világ leginkább fenyegeti az alkalmazhatóságot. Ezért lehet, hogy a legkorábbi, fenntarthatóbb lakható bolygók nem olyan galaxisban vannak, mint a miénk, hanem egy olyan vörös és halott galaxisban, amely több milliárd évvel ezelőtt abbahagyta a csillagok kialakulását.

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 kb. 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, így 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 hátsó udvarunkban 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 alakult ki 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,
  • ezt követően a csillagképződés hirtelen véget ér, amely a határozatlan időre is fennmarad.

Ez eljuthat 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 két milliárd 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 furcsaságok és statisztikai távolságok, mint ez. Az egyetlen kérdés továbbra is a bőség, a valószínűség és az időkeretek. Az élet az univerzumban merülhet fel a milliárd éves küszöb elérése előtt, de a fenntartható, folyamatosan lakható világ sokkal nagyobb eredmény, mint az élet pusztán felmerülő.

Mire 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 információ 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 az univerzum 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, 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.