在银河系中开始生活的最佳社区

小夏 科学 更新 2024-02-04

为了孕育生命,至少正如我们所知,一颗行星必须围绕一颗相对平静和稳定的恒星运行。 这颗行星的轨道也必须几乎是圆形的,所以这颗行星全年都会经历类似的温暖。 而且它不能太热,以免任何地表水沸腾; 不要太冷,以免水被锁在冰里; 但恰到好处,保持河流和海洋的液体。

这些特征定义了恒星周围的“宜居带”——在寻找适合生命的系外行星时,这些地方是诱人的目标。 但科学家们越来越多地对整个银河系进行类似的审查。 正如具有不同生物圈的大陆具有不同的动植物群一样,银河系的不同区域可能具有不同的恒星和行星种群。 银河系的动荡历史意味着,并不是银河系的所有角落都是平等的,银河系中只有少数几个区域可能正好适合制造我们认为适合居住的行星。

哥本哈根大学(University of Copenhagen)的天文学家杰斯珀·尼尔森(Jesper Nielsen)表示,随着系外行星科学家在寻找外星生命的过程中对他们的想法进行微调,他们现在正在考虑恒星及其邻居的起源。 新的模拟,以及来自搜索行星和监测数百万颗恒星的卫星的观测,正在绘制不同的星系邻域 - 甚至可能不同的星系 - 如何以不同的方式形成行星。

反过来,这可以帮助我们更好地了解望远镜指向的位置**,尼尔森说。

今天,银河系的结构很复杂。 它的中央超大质量黑洞被一个“凸起”包围,这是一个厚厚的恒星团,其中包含银河系中一些最古老的公民。 凸起被包裹在“薄圆盘”中,在晴朗、漆黑的夜晚,你可以看到这个结构在头顶蜿蜒曲折。 大多数恒星,包括太阳,都位于薄盘的旋臂中,周围环绕着一个更宽的“厚盘”,其中包含较老的恒星。 一个由暗物质、热气体和几颗恒星组成的弥漫的、主要是球形的光晕笼罩着整个建筑。

美林·谢尔曼(Merrill Sherman)和塞缪尔·贝拉斯科·广达(Samuel Velasco Quanta)。

至少二十年来,科学家们一直想知道这些结构之间的宜居条件是否不同。 对银河系宜居性的首次研究可以追溯到2004年,当时澳大利亚科学家Charles Linewe**er,Yeshe Fenner和Brad Gibson模拟了银河系的历史,并用它来研究可能发现宜居区的地方。 他们想知道哪些宿主恒星有足够的重元素(如碳和铁)来形成岩石行星,哪些恒星已经存在了足够长的时间以进化出复杂的生命,以及哪些恒星(以及任何轨道行星)对邻近的超新星是安全的。 他们最终定义了一个“银河系宜居带”,这是一个甜甜圈形的区域,在银河系的中心有一个洞。 该区域的内部边界从银河系中心开始约22,000光年,其外部边界结束于约29,000光年。

在那之后的二十年里,天文学家试图更精确地定义控制银河系内恒星和行星演化的变量,约翰霍普金斯大学的天文学家凯文·施劳夫曼(Kevin Schlaufman)说。 例如,他说,行星诞生于新生恒星周围的尘埃盘中,简单地说,如果“一个原行星盘有很多可以制造岩石的物质,那么它就会制造更多的行星。

银河系的某些区域可能比其他地区更密集地播种着这些行星制造成分,科学家们现在正在努力了解银河系群落在多大程度上影响了他们拥有的行星。

在大约4,000颗已知的系外行星中,到目前为止,几乎没有规则规定哪种类型的行星生活在**中; 没有一个恒星系统看起来很像我们自己的恒星系统,而且它们中的大多数甚至看起来都不太像它们。

尼尔森和他的同事们想知道,在银河系的厚盘、薄盘和光晕中,行星的形成方式是否不同。 一般来说,薄盘恒星比厚盘恒星含有更多的重元素,这意味着它们从云层中生长出来,云层也可能含有更多的行星制造成分。 利用来自欧洲航天局恒星跟踪盖亚卫星的数据,尼尔森和他的同事们首先根据恒星某些元素的丰度来分离恒星。 然后,他们模拟了这些种群中的行星形成。

他们在10月份发表的模拟表明,气态巨行星和超级地球 - 最常见的系外行星类型 - 在薄盘中生长得更多,可能是因为(正如预期的那样)这些恒星有更多的建筑材料可以使用。 他们还发现,具有更多重元素的年轻恒星通常拥有更多的行星,并且巨型行星比较小的行星更常见。 相比之下,气态巨行星在厚盘和光晕中几乎不存在。

没有参与这项工作的施劳夫曼说,结果是有道理的。 恒星诞生的尘埃和气体的成分对于确定恒星是否会形成行星至关重要。 尽管这种构成可能因地点而异,但他认为,虽然位置可能为恒星的世界构建奠定了基础,但它可能无法决定最终结果。

尼尔森的模拟是理论上的,但最近的一些观察结果支持了他的发现。

今年6月,一项使用美国宇航局开普勒太空望远镜数据的研究发现,银河系薄盘中的恒星比厚盘中的恒星拥有更多的行星,尤其是超级地球和亚海王星大小的行星。 加州理工学院(California Institute of Technology)的系外行星科学家、该研究的合著者杰西·克里斯蒂安森(Jessie Christiansen)说,一种解释是,古代厚盘恒星可能诞生于行星几乎不被制造的时代,在几代垂死的恒星为宇宙播下世界基石之前。 或者,厚盘恒星可能诞生于密集的高辐射环境中,湍流根本无法阻止婴儿行星合并。

克里斯蒂安森说,行星在郊区等开放地区的表现可能比人口稠密的“城市”地区更好。 我们的太阳位于这样一个人口稀少的郊区。

克里斯蒂安森的调查和尼尔森的模拟是最早研究行星发生作为银河系邻域函数的研究之一。 哈佛-史密森尼天体物理中心的天文学家韦丹特·钱德拉(Vedant Chandra)正准备更进一步,研究随着银河系的发展,一些星系的行星形成是否可能有所不同。 在未来,尼尔森希望微调的调查和仪器,如美国宇航局即将推出的南希·格雷斯-罗马太空望远镜,将帮助我们了解行星的形成,就像人口统计学家了解人口一样。 我们能**哪些类型的恒星会拥有哪些类型的行星吗? 地球是否更有可能在某些社区中形成? 如果我们知道去**看,我们会找到回头看我们的东西吗?

我们知道,我们生活在一个宜居带,生活在一个围绕一颗安静恒星运行的世界中。 但是,地球上的生命是如何开始的,何时开始的,为什么开始的,是任何科学领域中最大的问题。 也许科学家还应该考虑我们恒星的起源故事,甚至是数十亿年前塑造我们银河系角落的恒星祖先的起源故事。

地球上的生命是不可避免的吗? 是不是很特别? 茜卓问道。 “只有当你开始拥有这种全球图景时,才会出现这种情况。 你能开始回答这样的问题吗?

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