天文科普:當(dāng)恒星變成紅巨星時(shí),生命還有可能存在嗎?

 新浪科技訊 北京時(shí)間7月28日消息,如果我們?cè)趪@白矮星運(yùn)行的行星上發(fā)現(xiàn)生命,那么生命一定是在恒星度過(guò)了紅巨星階段、變成恒星殘骸白矮星之后才出現(xiàn)的。

  為什么這么說(shuō)呢?因?yàn)楹阈菑募t巨星過(guò)渡到白矮星階段時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)大恒星風(fēng)會(huì)造成巨大傷害。我們的太陽(yáng),終有一天也會(huì)迎來(lái)這一時(shí)刻。太陽(yáng),大約將在50億年后膨脹為紅巨星,最終變成一顆地球大小的致密白矮星。我們一直在猜測(cè),生命是否可以在這一恒星演化階段中幸存,但最新研究所得出的結(jié)論是:生命幾乎不可能在這個(gè)階段幸存下來(lái)。

  眾所周知,地球受到磁層的保護(hù)。磁層的磁場(chǎng)線可以轉(zhuǎn)移有害粒子,進(jìn)而阻止大氣層損耗。你可能會(huì)認(rèn)為,在遙遠(yuǎn)的未來(lái),對(duì)于那些有磁層保護(hù)的行星(例如,火星則沒(méi)有磁層保護(hù)),磁層也可以減少大氣層的損耗。但實(shí)際情況是,演化中的恒星產(chǎn)生的恒星風(fēng),要比當(dāng)下太陽(yáng)的恒星風(fēng)強(qiáng)烈許多。研究的作者模擬了來(lái)自不同質(zhì)量范圍的11顆不同類型恒星的恒星風(fēng)。他們發(fā)現(xiàn):

  “模擬結(jié)果顯示,在巨星分支演化過(guò)程中的某個(gè)時(shí)刻,外木星類似天體將恰好達(dá)到維持磁層頂?shù)年I值。但是,在整個(gè)巨星分支演化階段,天體需要更強(qiáng)大的磁場(chǎng)才能維持住任何磁層頂。對(duì)于地球和任何潛在的宜居行星,此前磁層帶來(lái)的任何保護(hù)都將消失。這種保護(hù)的消失,再加上軌道膨脹和不同的恒星光度,這一切都說(shuō)明,在恒星演化的巨星分支階段,生命的存續(xù)將受到挑戰(zhàn)?!?/p>

  那么,生命是否可以在巨型氣態(tài)行星的衛(wèi)星的冰殼下面躲過(guò)一劫呢?可能性也不大。一個(gè)能維持液態(tài)水的宜居帶將從距離太陽(yáng)約1.5億公里處向外移動(dòng)到60億公里處,甚至超越了海王星的軌道。在這個(gè)階段,行星可以遷移,但宜居帶向外移動(dòng)的速度要比行星的更快,這可能是一個(gè)致命威脅。因此,以白矮星為中心的生命,需要從頭開(kāi)始進(jìn)化。

  示意圖:太陽(yáng)(左)噴射出的物質(zhì)和地球(右)磁層之間的相互作用。但太陽(yáng)演化為一顆紅巨星時(shí),地球可能會(huì)被太陽(yáng)的大氣層吞噬。又因?yàn)榇藭r(shí)太陽(yáng)的恒星風(fēng)是如此地不穩(wěn)定,巨大外行星的磁層即便更強(qiáng)大,也會(huì)被剝離。

  因此,在這一個(gè)恒星演化階段,宜居帶的向外遷移和磁層的難以維持,將導(dǎo)致任何環(huán)境寸草不生。研究模型還表明,在強(qiáng)大的恒星風(fēng)和幸存行星的軌道不斷擴(kuò)大的雙重作用下,磁層會(huì)隨著時(shí)間的流逝,先縮小再擴(kuò)大。所以,在紅巨星變成白矮星的整個(gè)過(guò)程中,只有比木星磁場(chǎng)還強(qiáng)100倍的磁場(chǎng),才能維持一個(gè)穩(wěn)定的磁層。

  那接下來(lái)呢?白矮星不會(huì)產(chǎn)生恒星風(fēng),所以,威脅消失了。我們?cè)诎装侵車l(fā)現(xiàn)的任何生命,毫無(wú)疑問(wèn),都是在白矮星階段發(fā)展起來(lái)的。如果真的存在這樣的生命,我們或許可以在未來(lái)的太空探索任務(wù)中,檢測(cè)到它們的生物標(biāo)記。要知道,白矮星不過(guò)地球一般大小,而當(dāng)一顆行星凌白矮星時(shí),行星會(huì)產(chǎn)生巨大的陰影,似乎能夠成為透射光譜的理想目標(biāo),即我們可以在恒星光芒穿過(guò)行星大氣層時(shí),分析行星的大氣層成分。

  我們知道的大多數(shù)系外行星都圍繞主序星運(yùn)行。但我們也已知約有100顆繞紅巨星運(yùn)行的系外行星,以及我們還發(fā)現(xiàn)了至少四顆繞白矮星運(yùn)行的系外行星。這些行星是恒星演化的幸存者,因此可用作跟蹤其所在恒星系壽命的基準(zhǔn),其中有兩顆白矮星行星十分接近其恒星系的宜居帶,也就是說(shuō)在這樣的軌道中可能存在一顆地球大小的行星。

  這些例子表明,巨行星可以非常地接近宜居帶。白矮星的宜居帶離該恒星十分近,因?yàn)楦?yáng)這類恒星相比,白矮星發(fā)出的光芒更少。但白矮星又是十分穩(wěn)定的恒星,因?yàn)樗鼈儧](méi)有恒星風(fēng)。一顆停留在白矮星宜居帶范圍內(nèi)的行星可以在那里安穩(wěn)度過(guò)十億年,只要條件合適,生命將有足夠的時(shí)間去進(jìn)化。

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