من المعروف أن جميع النجوم لها عمر افتراضي. يبدأ هذا بتشكيلها ، ثم يستمر من خلال مرحلة التسلسل الرئيسية (التي تشكل غالبية حياتهم) قبل أن تنتهي في الموت. في معظم الحالات ، ستنتفخ النجوم ما يصل إلى مئات المرات من حجمها الطبيعي عند خروجها من مرحلة التسلسل الرئيسية في حياتها ، وخلال هذه الفترة من المحتمل أن تستهلك أي كواكب تدور بالقرب منها.
ومع ذلك ، بالنسبة للكواكب التي تدور حول النجم على مسافات أكبر (أبعد من "خط الصقيع" في النظام بشكل أساسي) ، قد تصبح الظروف دافئة بما يكفي بالنسبة لها لدعم الحياة. ووفقًا لبحث جديد صادر عن معهد Carl Sagan في جامعة كورنيل ، يمكن أن يستمر هذا الوضع لبعض أنظمة النجوم إلى مليارات السنين ، مما يؤدي إلى ظهور أشكال جديدة تمامًا من الحياة خارج الأرض!
في حوالي 5.4 مليار سنة من الآن ، ستخرج شمسنا من مرحلة التسلسل الرئيسية. بعد استنفاد وقود الهيدروجين في قلبه ، سيصبح رماد الهيليوم الخامل الذي تراكم هناك غير مستقر وينهار تحت وزنه. سيؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة حرارة النواة وزيادة كثافتها ، مما يؤدي بدوره إلى نمو حجم الشمس وإدخال ما يعرف بمرحلة الفرع الأحمر العملاق (RGB) من تطورها.
ستبدأ هذه الفترة مع أن تصبح شمسنا عملاقًا ، حيث سيتضاعف حجمها ببطء على مدار حوالي نصف مليار سنة. ثم ستقضي نصف مليار عام قادمة في التوسع بسرعة أكبر ، حتى تصل إلى 200 ضعف حجمها الحالي وأكثر إضاءة عدة آلاف مرة. وستصبح بعد ذلك رسميًا نجمة عملاقة حمراء ، وتتوسع في النهاية إلى النقطة التي تصل فيها إلى ما وراء مدار المريخ.
كما استكشفنا في مقال سابق ، فإن كوكب الأرض لن ينجو من شمسنا لتصبح عملاقًا أحمر - ولن يكون كوكب عطارد أو الزهرة أو المريخ. ولكن بعيدًا عن "خط الصقيع" ، حيث يكون الجو باردًا بما فيه الكفاية بحيث تبقى المركبات المتطايرة - مثل الماء والأمونيا والميثان وثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون - في حالة متجمدة ، وستبقى عمالقة الغاز المتبقية وعمالقة الجليد والكواكب القزمة على قيد الحياة . ليس هذا فقط ، ولكن سيحدث ذوبان كبير.
باختصار ، عندما يتوسع النجم ، من المرجح أن تفعل "منطقته الصالحة للسكن" نفس الشيء ، بما في ذلك مداري المشتري وزحل. عندما يحدث هذا ، يمكن أن تصبح الأماكن التي كانت غير قابلة للسكن سابقًا - مثل أقمار جوفيان وكرونيان - قابلة للسكن فجأة. وينطبق الشيء نفسه على العديد من النجوم الأخرى في الكون ، وكلها مقدرة لتصبح عمالقة حمراء عندما يقتربوا من نهاية حياتهم.
ومع ذلك ، عندما تصل شمسنا إلى مرحلة فرع العملاق الأحمر ، فمن المتوقع أن يكون لديها 120 مليون سنة من الحياة النشطة المتبقية. هذا ليس وقتًا كافيًا لظهور أشكال حياة جديدة وتطورها وتصبح معقدة حقًا (مثل البشر والأنواع الأخرى من الثدييات). ولكن وفقا لدراسة بحثية حديثة ظهرت في المجلة الفيزيائية الفلكية - بعنوان "المنطقة الصالحة لنجوم ما بعد التسلسل الرئيسية" - قد تتمكن بعض الكواكب من البقاء قابلة للسكن حول نجوم عملاقة حمراء أخرى في الكون لفترة أطول - تصل إلى 9 مليار سنة أو أكثر في بعض الحالات!
ولتوضيح ذلك ، فإن تسعة مليارات سنة تقترب من ضعف العمر الحالي للأرض. لذا ، بافتراض أن العوالم المعنية لديها أيضًا المزيج الصحيح من العناصر ، سيكون لديهم متسع من الوقت لإحداث أشكال جديدة ومعقدة من الحياة. المؤلفة المشاركة للدراسة ، الأستاذة ليزا كالتنجيريس ، هي أيضا مديرة معهد كارل ساجان. على هذا النحو ، فهي ليست غريبة عن البحث عن الحياة في أجزاء أخرى من الكون. كما أوضحت لمجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني:
"وجدنا أن الكواكب - اعتمادًا على حجم شمسها (كلما كان النجم أصغر ، وكلما استطاع الكوكب أن يبقى صالحًا للسكن) - يمكن أن تظل لطيفة ودافئة لمدة تصل إلى 9 مليار سنة. هذا يجعل النجم القديم مكانًا مثيرًا للاهتمام للبحث عن الحياة. يمكن أن يكون قد بدأ تحت سطح الأرض (على سبيل المثال في المحيط المتجمد) ثم عندما يذوب الجليد ، يمكن للغازات التي تتنفسها الحياة داخل وخارجها أن تهرب في الغلاف الجوي - ما يسمح للفلكيين بالتقاطها كتوقيع على الحياة. أو بالنسبة لأصغر النجوم ، فإن الوقت الذي يمكن أن يكون فيه الكوكب المتجمد سابقًا لطيفًا ودافئًا يصل إلى 9 مليار سنة. وبالتالي يمكن أن تبدأ الحياة في ذلك الوقت ".
باستخدام النماذج الحالية للنجوم وتطورها - أي مناخ أحادي إشعاعي وحمل حراري ونماذج تطورية نجمية - لدراستهم ، تمكن كالتنجر وراميرز من حساب مسافات المناطق الصالحة للسكن (HZ) حول سلسلة من التسلسل بعد الرئيسي (بعد MS) النجوم. رمسيس إم راميريز - باحث مشارك في معهد كارل ساجان والمؤلف الرئيسي للورقة - شرح عملية البحث لمجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني:
"استخدمنا نماذج تطورية نجمية تخبرنا كيف تتغير الكميات النجمية ، خاصة السطوع ونصف القطر ودرجة الحرارة مع مرور الوقت مع تقدم النجوم خلال مرحلة العملاق الأحمر. استخدمنا أيضًا نموذجًا مناخيًا لحساب كمية الطاقة التي ينتجها كل نجم عند حدود المنطقة الصالحة للسكن. بمعرفة هذا والسطوع النجمي المذكور أعلاه ، يمكننا حساب المسافات إلى حدود المنطقة الصالحة للسكن. "
في الوقت نفسه ، درسوا كيف يمكن لهذا النوع من التطور النجمي أن يؤثر على الغلاف الجوي لكواكب النجم. مع توسع النجم ، يفقد الكتلة ويخرجها إلى الخارج على شكل رياح شمسية. بالنسبة للكواكب التي تدور حول نجم قريب ، أو تلك التي لها جاذبية سطحية منخفضة ، فقد يجدون بعض أو كل الغلاف الجوي ينفجر. من ناحية أخرى ، يمكن للكواكب ذات الكتلة الكافية (أو الموضوعة على مسافة آمنة) الحفاظ على معظم الغلاف الجوي.
قال راميريز: "إن الرياح النجمية من خسارة الكتلة هذه تؤدي إلى تآكل الأجواء الكوكبية ، والتي نحسبها أيضًا كدالة للوقت". "بينما يفقد النجم الكتلة ، يحافظ النظام الشمسي على الزخم الزاوي بالتحرك إلى الخارج. لذا ، فإننا نأخذ في الاعتبار أيضًا كيف تتحرك المدارات مع مرور الوقت. " وباستخدام النماذج التي أدرجت معدل الخسارة النجمية والجوية خلال مرحلتي Red Giant Branch (RGB) و Asymptotic Giant Branch (AGB) للنجوم ، تمكنوا من تحديد كيفية تنفيذ ذلك للكواكب التي تراوح حجمها بين أقمار للأرض الفائقة.
ما وجدوه هو أن كوكبًا يمكنه البقاء في منطقة ما بعد HS HZ لمدة دهور أو أكثر ، اعتمادًا على مدى سخونة النجم ، ومعرفة المعادن التي تشبه شمسنا. كما أوضح راميريز:
النتيجة الرئيسية هي أن الحد الأقصى للوقت الذي يمكن أن يبقى فيه الكوكب في هذه المنطقة الحمراء العملاقة الصالحة للسكن من النجوم الساخنة هو 200 مليون سنة. بالنسبة لأروع نجم لدينا (M1) ، فإن أقصى وقت يمكن أن يبقى فيه الكوكب داخل هذه المنطقة الصالحة للسكن الحمراء العملاقة هو 9 مليارات سنة. تفترض هذه النتائج مستويات معدنية مماثلة لتلك الموجودة في شمسنا. يستغرق النجم الذي يحتوي على نسبة أعلى من المعادن وقتًا أطول لدمج المواد اللافلزية (H ، He..etc) ، وبالتالي فإن هذه الأوقات القصوى يمكن أن تزيد أكثر ، تصل إلى حوالي عاملين. "
في سياق نظامنا الشمسي ، قد يعني هذا أنه في غضون بضعة مليارات من السنين ، قد تحصل عوالم مثل Europa و Enceladus (التي يشتبه بالفعل بوجود حياة تحت أسطحها الجليدية) على أن تصبح عوالم كاملة قابلة للسكن. كما لخص راميريز بشكل جميل:
"هذا يعني أن تسلسل ما بعد الرئيسي هو مرحلة أخرى محتملة مثيرة للاهتمام للتطور النجمي من وجهة نظر القابلية للسكن. بعد فترة طويلة من تحويل النظام الداخلي للكواكب إلى أرض قاحلة كبيرة من قبل النجم الأحمر العملاق الآخذ في الاتساع ، يمكن أن يكون هناك مسكنًا يمكن العيش فيه بعيدًا عن الفوضى. إذا كانت عوالم متجمدة ، مثل يوروبا ، فسيذوب الجليد ، ومن المحتمل أن يكشف عن أي حياة موجودة مسبقًا. يمكن اكتشاف مثل هذه الحياة الموجودة مسبقًا من قبل البعثات / التلسكوبات المستقبلية التي تبحث عن التواقيع الحيوية في الغلاف الجوي.”
ولكن ربما كانت أكثر الأمور إثارة في الدراسة البحثية التي توصلوا إليها هي استنتاجهم أن الكواكب التي تدور حول المناطق النجمية الصالحة للسكن بعد نجمها ستقوم بذلك على مسافات تجعلها قابلة للكشف باستخدام تقنيات التصوير المباشر. لذا ، فإن احتمالات العثور على الحياة حول النجوم الأكبر سناً ليست أفضل مما كان يُعتقد سابقًا فحسب ، بل يجب ألا نواجه مشكلة في اكتشافها باستخدام تقنيات صيد الكواكب الخارجية الحالية!
ومن الجدير بالذكر أيضًا أن كالتنجر والدكتور راميريز قد قدما ورقة ثانية للنشر ، يقدمان فيها قائمة بـ 23 نجمة عملاقة حمراء في غضون 100 سنة ضوئية من الأرض. مع العلم أن هذه النجوم ، وكلها في جوارنا النجم ، يمكن أن يكون لها عوالم مستدامة للحياة داخل مناطقها الصالحة للسكن ، يجب أن توفر فرصًا إضافية لصيادين الكوكب في السنوات القادمة.
وتأكد من مشاهدة هذا الفيديو من كورنيلكاست ، حيث تشارك البروفيسور كالتنجر ما يلهم فضولها العلمي وكيف يعمل علماء كورنيل للعثور على دليل على الحياة خارج الأرض.
