Tarcze planet przeplatają się pod gniewnymi wiatrami gwiazdowymi z ich umierających gwiazd – życie jest prawie niemożliwe, aby przetrwać

Nowe badanie prowadzone przez Uniwersytet w Warwick mówi, że jakiekolwiek życie zidentyfikowane na planetach krążących wokół białych karłów wyewoluowało po śmierci gwiazdy, co ujawniło konsekwencje intensywnych i gniewnych wiatrów gwiezdnych, które uderzyłyby w planetę po jej śmierci. Badania zostały opublikowane w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society i zostały zaprezentowane przez głównego autora, dr Dimitri Veras dzisiaj (21 lipca 2021 r.) na National Online Astronomy Meeting (NAM 2021).

Badania dostarczają nowych informacji astronomom poszukującym oznak życia wokół tych martwych gwiazd, badając wpływ ich wiatrów na planety krążące wokół planet, gdy gwiazda przechodzi w fazę białego karła. Badanie wykazało, że życie byłoby prawie niemożliwe, aby przetrwać katastrofalną ewolucję gwiezdną, gdyby planeta nie miała ekstremalnie silnego pola magnetycznego – lub magnetosfery – które mogłoby ją chronić przed najgorszymi uderzeniami.

W przypadku Ziemi cząstki wiatru słonecznego mogą niszczyć warstwy ochronne atmosfery, które chronią ludzi przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym. Magnetosfera Ziemi działa jak tarcza, która odwraca te cząstki przez pole magnetyczne. Nie wszystkie planety mają magnetosferę, ale Ziemia jest generowana przez żelazne jądro, które obraca się jak dynamo, tworząc pole magnetyczne.

Wiemy, że w przeszłości wiatr słoneczny powodował erozję atmosfery Marsa, który w przeciwieństwie do Ziemi nie posiada rozległej magnetosfery. Nie spodziewaliśmy się, że odkryjemy, że wiatr słoneczny w przyszłości może być destrukcyjny nawet dla planet chronionych przez pole magnetyczne – mówi dr Allen Viduto z Trinity College Dublin, współautor badania.

W końcu wszystkim gwiazdom zabrakło wodoru, który napędza syntezę jądrową w ich jądrach. W Słońcu jądro skurczy się i nagrzeje, powodując masową ekspansję zewnętrznej atmosfery gwiazdy do „czerwonego olbrzyma”. Słońce rozciągnęłoby się wówczas do średnicy dziesiątek milionów kilometrów, obejmując planety wewnętrzne, prawdopodobnie łącznie z Ziemią. Jednocześnie ubytek masy w gwieździe powoduje, że ma ona słabszą siłę grawitacyjną, więc pozostałe planety oddalają się.

Podczas fazy czerwonego olbrzyma wiatr słoneczny będzie znacznie silniejszy niż obecnie i będzie się znacznie wahał. Ferras i Viduto wymodelowali wiatry z 11 różnych typów gwiazd o masach od jednej do siedmiu mas Słońca.

Ich model pokazał, jak gęstość i prędkość wiatrów gwiazdowych, w połączeniu z rosnącą orbitą planet, zbiegają się w celu kurczenia się i rozszerzania magnetosfery planety w czasie. Aby planeta mogła utrzymać magnetosferę na wszystkich etapach ewolucji gwiazd, jej pole magnetyczne musi być co najmniej 100 razy silniejsze niż obecne pole magnetyczne Jowisza.

Proces ewolucji gwiazd powoduje również przesunięcie strefy zamieszkałej gwiazdy, odległość, która pozwala planecie mieć odpowiednią temperaturę do utrzymania wody w stanie ciekłym. W naszym Układzie Słonecznym strefa nadająca się do zamieszkania przeszłaby od około 150 milionów kilometrów od Słońca – gdzie obecnie znajduje się Ziemia – do 6 miliardów kilometrów, czyli dalej od Neptuna. Chociaż orbitująca planeta może również zmieniać pozycję podczas faz gigantycznego rozgałęzienia, naukowcy odkryli, że strefa nadająca się do zamieszkania porusza się na zewnątrz szybciej niż planeta, stwarzając dodatkowe wyzwania dla każdego życia, które ma nadzieję na przetrwanie.

W końcu czerwony olbrzym zrzucił całą swoją zewnętrzną atmosferę, pozostawiając po sobie resztki grubego, gorącego białego karła. Nie emitują wiatrów gwiazdowych, więc gdy gwiazda osiągnie ten etap, niebezpieczeństwo dla pozostałych planet mija.

„Badanie to pokazuje, jak trudno jest utrzymać planetę w ochronnej magnetosferze podczas gigantycznego rozgałęzienia ewolucji gwiazd” – powiedział dr Ferras.

„Jednym z wniosków jest to, że życie na planecie w strefie nadającej się do zamieszkania wokół białego karła prawie na pewno wyewoluuje podczas fazy białego karła, chyba że życie to będzie w stanie wytrzymać wiele ekstremalnych i nagłych zmian w swoim środowisku”.

Przyszłe misje, takie jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, których wystrzelenie zaplanowano jeszcze w tym roku, powinny ujawnić więcej na temat planet krążących wokół białych karłów, w tym czy planety w ich strefach zamieszkałych wykazują biomarkery życia, dzięki czemu badanie dostarcza cennego kontekstu dla wszelkich potencjalnych odkryć.

Jak dotąd nie znaleziono żadnej planety naziemnej, która mogłaby podtrzymywać życie wokół białego karła, ale dwa znane gazowe olbrzymy są wystarczająco blisko strefy zamieszkałej ich gwiazdy, aby sugerować istnienie takiej planety. Możliwe, że planety te zbliżyły się do białego karła w wyniku interakcji z innymi planetami na zewnątrz.

Dr Ferras dodaje: „Te przykłady pokazują, że planety olbrzymy mogą zbliżyć się bardzo do strefy nadającej się do zamieszkania. Strefa nadająca się do zamieszkania białego karła jest bardzo blisko gwiazdy, ponieważ emituje znacznie mniej światła niż gwiazda podobna do Słońca. Jednak biała karły są również gwiazdami stacjonarnymi tam, gdzie nie ma wiatru. Karłowata planeta może pozostawać tam w strefie nadającej się do zamieszkania przez białego karła przez miliardy lat, dając czas na ewolucję życia, jeśli warunki będą sprzyjające.

Spotkanie: Narodowe Spotkanie Astronomiczne Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego