احتمال وجود حیات در مدار کوتوله‌های سرخ چقدر است؟

ستاره‌های کوتوله‌ی سرخ از ستاره‌های رایج در همسایگی خورشید و کل راه شیری هستند. بسیاری از سیاره‌های فراخورشیدی مشابه زمین در مدار کوتوله‌های سرخ کشف شدند که می‌توانند سکونت‌پذیر باشند. کوتوله‌های سرخ می‌توانند شعله‌ها و زبانه‌های شدیدی منتشر کنند که قدرت آن‌ها از زبانه‌های خورشیدی شدیدتر است؛ اما این رفتار چه معنایی برای سیاره‌های فراخورشیدی میزبان حیات خواهد داشت؟

بخش زیادی از حیات روی زمین و احتمالا دنیاهای دیگر به انرژی ستاره‌‌ی میزبان وابسته است. از زمان تشکیل اولین سلول‌ها، خورشید مانند موتوری برای حیات روی زمین عمل می‌کند؛ اما گاهی خورشید نیز مانند سایر ستاره‌ها رفتارهای ناهنجاری را از خود نشان می‌دهد و زبانه‌های شدیدی منتشر می‌کند. در این وضعیت، انرژی مغناطیسی قدرتمند خورشید ناپایدار و مقادیر زیادی انرژی آزاد می‌شود. اگر این انرژی به‌سمت زمین منتشر شود، مشکلاتی به‌وجود خواهد آورد. برای مثال، می‌تواند باعث ایجاد اختلال در ارتباطات رادیویی و حتی خاموشی شهرها شود.

بااین‌همه از‌نظر فعالیت زبانه‌ای، خورشید از برخی ستاره‌های دیگر ضعیف‌تر است. برخی ستاره‌ها به‌ویژه کوتوله‌های سرخ، زبانه‌هایی با فرکانس و شدت زیاد منتشر می‌کنند. تیمی از پژوهشگران تأثیر فعالیت‌های زبانه‌ای بر جوّ و ظرفیت حیات سیاره‌های فراخورشیدی مشابه زمین را بررسی کردند که در مدار ستاره‌های نوع M، ستاره‌های نوع K و ستاره‌های نوع G قرار دارند.

عنوان پژوهش جدید «تأثیر شیمیایی جوّ زبانه‌زا بر دنیاهای سنگی کمربند حیات» است. هوارد چن، دانشجوی دکتری دانشگاه ساوت‌وسترن، مؤلف اصلی مقاله است. یافته‌های این مقاله در مجله‌ی Nature Astronomy منتشر شده است. آلیسون یانگبلاد، ستاره‌شناس دانشگاه بولدر کلرادو و یکی از مؤلفان این پژوهش، معتقد است:

خورشید ما در‌مقایسه‌با ستاره‌های دیگر، غولی آرام است. سن خورشید بیشتر است و مانند ستاره‌های کوچک‌تر و جوان‌تر فعال نیست. همچنین، زمین میدان مغناطیسی قدرتمندی دارد که بادهای مخرب خورشیدی را خنثی می‌کند.

در نتیجه طبق تعریف کارل ساگان، زمین با حیات احاطه شده است؛ اما شرایط برای سیاره‌های واقع در مدار ستاره‌های کم‌جرم مثل کوتوله‌های سرخ (کوتوله‌های M) بسیار متفاوت است. می‌دانیم زبانه‌های خورشیدی و خروج انرژی تاج خورشیدی می‌توانند برای حیات روی سیاره‌های فراخورشیدی بدون محافظ بسیار مخرب باشند. مؤلفان در مقدمه‌ی پژوهش می‌نویسند:

فعالیت خورشیدی که زبانه‌ها و خروج جرم از تاج خورشیدی (CME‌ها) و رویدادهای پروتونی ستاره‌ای (SPE-ها) را شامل می‌شود، تأثیر زیادی بر سکونت‌پذیری سیاره به‌ویژه اوزون جوّی آن می‌گذارد.

تصویری فرضی از شدت زبانه‌های کوتوله‌ی سرخ

یک زبانه به‌مرور‌زمان تأثیر چندانی نخواهد داشت؛ اما بسیاری از کوتوله‌های سرخ به‌صورت مرتب و در بازه‌های طولانی‌تر، زبانه‌هایی منتشر می‌کنند. هوارد چن، مؤلف اصلی مقاله، دراین‌باره می‌گوید:

شیمی جوّ سیاره‌هایی که تحت‌تأثیر زبانه‌ها قرار دارند، با سیاره‌های دیگر مقایسه کردیم. شیمی جوّ آن‌ها در بلندمدت تفاوت زیادی دارد و زبانه‌های پیوسته می‌توانند ترکیب جوّی سیاره‌ را وارد موازنه‌ی شیمیایی جدیدی کنند.

یکی از نکات بررسی‌شده‌، اوزون و تأثیر شعله‌ها بر آن بود. اینجا روی زمین لایه‌ی اوزون از ما در‌برابر پرتوهای مضر UV (فرابنفش) خورشید محافظت می‌کند؛ اما فعالیت شدید زبانه‌‌ای کوتوله‌های سرخ می‌تواند اوزون جوّ سیاره‌های اطراف را از بین ببرد.

با کاهش سطح اوزون، سپر محافظتی سیاره دربرابر پرتوهای UV ضعیف می‌شود و این پرتوهای قدرتمند می‌توانند احتمال حیات سیاره‌ای را کاهش دهند. پژوهشگران در بررسی خود از مدل‌هایی برای کمک به درک زبانه‌های خورشیدی و تأثیر آن‌ها بر جوّ سیاره‌های فراخورشیدی و از داده‌های تلسکوپ TESS ناسا و داده‌های اقلیمی بلندمدت سیاره‌ی فراخورشیدی از بررسی‌های دیگر استفاده کردند. طبق یافته‌ها، برخی سیاره‌ها با وجود زبانه‌های ستاره‌ای اوزون خود را حفظ کردند. دنیل هورتون، مؤلف اصلی پژوهش، معتقد است:

متوجه شدیم زبانه‌های خورشیدی لزوما حیات را از بین نمی‌برند. در برخی نمونه‌ها، زبانه‌ها کل اوزون جوّی را از بین نمی‌برند.

سیاره‌هایی که می‌توانند از حیات پشتیبانی کنند، احتمالا در موقعیت سرسختی قرار دارند. این سیاره‌ها به‌اندازه‌ی کافی به ستاره‌های خود باید نزدیک باشند تا آب مایع روی سطح آن‌ها جریان پیدا کند. همچنین، فاصله‌ی آن‌ها به‌قدری نباید کم باشد که دمای سطح افزایش پیدا کند و تحت‌تأثیر زبانه‌های قدرتمند قرار بگیرند.

کوتوله‌های سرخ کوچک‌تر و خنک‌تر از خورشید هستند؛ در‌نتیجه کمربند حیات سیاره‌های اطراف آن‌ها هم کوچک‌تر و فاصله‌ی آن‌ها تا ستاره‌ی میزبان نزدیک‌تر از فاصله‌ی زمین تا خورشید است. بدین‌ترتیب، نه‌تنها در‌معرض زبانه‌ها قرار می‌گیرند؛ بلکه دربرابر ستاره‌های خود دچار قفل جزر‌و‌مدی می‌شوند؛ یعنی همیشه یک سمت از سیاره به طرف ستاره قرار می‌گیرد.

ترکیب زبانه‌ها و قفل جزرومدی شرایط به‌وجود‌آمدن حیات احتمالی را دشوار می‌کنند. چرخش زمین باعث تولید مگنتوسفر (مغناطیس‌کره) محافظتی آن می‌شود؛ اما سیاره‌هایی که دربرابر ستاره‌ی خود قفل جزر‌و‌مدی دارند، نمی‌توانند مگنتوسفر تولید کنند و در‌معرض پرتوهای مضر UV قرار می‌گیرند. هورتون بیان می‌کند:

سیاره‌های موجود در کمربند حیات ستاره‌های کوتوله‌ی نوع M و نوع K را بررسی کردیم که از ستاره‌های متداول جهان هستند. کمربند حیات اطراف این ستاره‌ها کوچک‌تر است؛ زیرا این ستاره‌ها کوچک‌تر و ضعیف‌تر از ستاره‌هایی مثل خورشید هستند. همچنین، فعالیت زبانه‌ای ستاره‌های کوتوله‌ی M و K بیشتر از فعالیت خورشید است و قفل جزر‌و‌مدی احتمال ایجاد میدان‌های مغناطیسی محافظ را از بین می‌برد.

البته این پژوهش جنبه‌های مثبتی هم دارد. طبق یافته‌ها، فعالیت‌ زبانه‌ها می‌تواند به جست‌وجوی حیات کمک کند. زبانه‌ها معمولا کشف برخی گازهای موسوم به شاخص‌های زیستی را آسان‌تر می‌کنند. با کشف انرژی حاصل از زبانه‌ها، می‌توان به وجود گازهایی مثل نیتریک‌اسید و نیتروس‌دی‌اکسید و نیتروس‌اکسید پی برد که همه از نشانه‌های فرایندهای زیستی هستند. هوارد چن می‌گوید:

رویدادهای اقلیمی فضایی معمولا به‌عنوان عامل تعیین‌کننده‌ی سکونت‌پذیری در نظر گرفته می‌شوند؛ اما پژوهش ما نشان می‌دهد براساس برخی اقلیم‌های فضایی، می‌توان آثار گازهای مهم در فرایندهای زیستی را شناسایی کرد.

نتایج یادشده فقط برای برخی از سیاره‌ها صدق می‌کند. در نمونه‌های دیگر، زبانه‌ها می‌توانند آثار زیستی حیات را نابود کنند. مؤلفان می‌گویند:

گرچه گزارشی از آثار سه‌بعدی زبانه‌های خورشیدی بر اکسایش جوّی ارائه دادیم، زبانه‌های قوی می‌توانند آثار غیرمنتظره‌ی دیگری را هم بر جوّها بگذارند و شرایط حیات را کاهش دهند. برای مثال، انواع هیدروژن اکسید به‌دست‌آمده از زبانه‌ها می‌توانند آثار زیستی مهم بی‌هوازی مثل متان و دی‌متیل‌سولفید و کربنیک‌سولفید را از بین ببرند.

 مشکل دیگر، مگنتوسفر یا مغناطیس‌کره‌ی سیاره‌های فراخورشیدی است. طبق یافته‌ها، زبانه‌های بزرگ می‌توانند به آشکارسازی ماهیت و وسعت مغناطیس‌کره‌ها کمک کنند. مؤلفان می‌افزایند:

رویدادهای پروتونی زبانه‌های بزرگ می‌توانند با تأکید بر نواحی مشخصی از سیاره، وجود میدان‌های مغناطیسی سیاره‌ای را آشکار کنند. با شناسایی جریان اکسیدهیدروژن در طول طوفان‌های مغناطیسی یا رویدادهای شفقی، می‌توان وسعت هندسی مگنتوسفر سیاره‌های فراخورشیدی را اندازه‌گیری کرد.

براساس پژوهش‌های دیگر، سیاره‌های فراخورشیدی که درمعرض زبانه‌های کوتوله‌های سرخ قرار می‌گیرند، موقعیت مناسبی برای جست‌وجوی حیات به‌شمار نمی‌روند. فعالیت‌های زبانه‌ای بسیار تعیین‌کننده هستند؛ اما این پژوهش نشان می‌دهد موقعیت پیچیده‌تر از حد تصور است.

به‌طور‌کلی، زبانه‌ها به کشف آثار زیستی در بعضی نمونه‌ها کمک می‌کنند. همچنین، با اینکه زبانه‌ها می‌توانند جوّ سیاره‌های فراخورشیدی را مختل کنند، در بسیاری از نمونه‌ها جوّ این سیاره‌ها به وضعیت عادی بازمی‌گردند. افزون‌براین، ستاره‌های کم‌جرم طولانی‌تر از ستاره‌هایی مثل خورشید عمر می‌کنند؛ در‌نتیجه زمان بیشتری برای رشد حیات در سیاره‌هایشان فراهم می‌کنند.

پژوهش جدید پیچیدگی جست‌وجوی حیات و متغیرهای تأثیرگذار بر این جست‌وجو را نشان می‌دهد. کشف آثار زیستی می‌تواند نتایجی غیرمنتظره را به‌دنبال داشته باشد. این جست‌وجو مستلزم مشارکت دانشمندان از رشته‌های مختلف مثل دانشمندان اقلیمی، ستاره‌شناسان، ناظران و نظریه‌پردازان و البته دانشمندان سیاره‌های فراخورشیدی است. اریک تی. ولف، دانشمند سیاره‌ای کلرادو بولدر و یکی از مؤلفان این پژوهش، درباره‌ی این موضوع می‌گوید:

این پروژه حاصل تلاشی جمعی است. کار ما بر مزیت تلاش‌های میان‌رشته‌ای در بررسی شرایط سیاره‌های فراخورشیدی تأکید می‌کند.

مقاله‌ی اصلی در Universe Today منتشر شد.