آیا سیاره‌های فراخورشیدی اطراف کوتوله های سرخ می‌توانند میزبان حیات باشند؟

روز دوشنبه، پژوهش‌هایی درباره‌ی سیاره‌ی فراخورشیدی LHS3844b در مجله‌ی Nature منتشر شد. این سیاره که سنگی و کوچک بوده، به دور ستاره‌ای مشابه خورشید در حال چرخش است. براساس پژوهش جدید، سیاره‌ی مربوطه به‌قدری داغ است که امکان شکل‌گیری حیات در جو آن وجود ندارد. به گزارش ساینتیفیک امریکن، دانشمندان شرایط این سیاره را به سیاره‌های مشابه آن تعمیم داده‌اند. لاورا کریدبرگ، ستاره‌شناس، نسبت به آخرین نتایج پژوهش‌هایش ابراز نگرانی کرده است. به نظر می‌رسد سیاره‌ی LHS3844 که یک ابر زمینِ ۳۰ درصد بزرگ‌تر از زمین است، جو رقیقی داشته باشد.

نگرانی کریدبرگ از بحث داغ پژوهشگرها درباره‌ی سکونت‌پذیری سیاره‌های اطراف کوتوله‌های سرخ ریشه می‌گیرد که بیش از ۷۰ درصد از ستاره‌های داخل کهکشان را تشکیل می‌دهند. اگر سیاره‌‌های اطراف این ستاره‌های کوچک که از خورشید سردتر هستند، شرایط سکونت بیولوژیکی را داشته باشند، احتمال وجود حیات فرازمینی در کل جهان بالا خواهد رفت. اما کوتوله‌های سرخ میزبان‌های خشنی هستند و به‌طور پیوسته پرتوهای مضر فرابنفش و اشعه‌ی ایکس را منتشر می‌کنند که منجر به استریل شدن سیاره‌ی اطراف آن‌ها می‌شود. به‌علاوه، بادهای پرانرژی ستاره‌ای می‌توانند جو این سیاره‌ها را از بین ببرند. براساس یافته‌های کریدبرگ و همکاران او، احتمال وجود شرایط حیات و محیط مغذی در سیاره‌های اطراف کوتوله‌های سرخ اندک است.

در سال‌های اخیر، ستاره‌شناسان درباره‌ی کوتوله‌های سرخی مثل پروکسیما قنطورس b به اکتشافات هیجان‌انگیزی دست یافته‌اند. طبق پژوهش‌‌ها، احتمال وجود حیات در این سیاره که در اطراف نزدیک‌ترین ستاره به خورشید می‌چرخد، وجود دارد. همچنین دانشمندان در سال‌های اخیر منظومه‌ی TRAPPIST -1 را کشف کرده‌اند که میزبان هفت سیاره‌ی هم‌اندازه با زمین است. کوتوله‌های سرخ نه‌تنها فراوان هستند بلکه عمری طولانی دارند. طول عمر آن‌ها حتی به ۱۰ تریلیون سال هم می‌رسد که ۱۰۰۰ برابر طولانی‌تر از طول عمر خورشید است؛ بنابراین در صورت وجود بیوسفر روی سیاره‌ی این منظومه‌ها، قدمت حیات در آن‌ها طولانی خواهد بود. به همین دلیل ستاره‌شناسان به بررسی سکونت‌پذیری سیاره‌های یادشده علاقه‌مند هستند. به‌گفته‌ی آبراهام لوئب، یکی از مؤلفان مقاله‌ی Nature و اخترفیزیک‌دان مرکز اخترفیزیک دانشگاه هاروارد و مؤسسه‌ی اسمیتسونیان:

برای رشد حیاتی که می‌شناسیم، به آب مایع نیاز است. برای داشتن آب مایع، نیاز به جو است.

LHS 3844b در نزدیکی ستاره‌ی والد خود می‌چرخد و در مدت ۱۱ ساعت مدار آن را کامل می‌کند. با توجه به وضعیت مدار، کشش گرانشی ستاره باعث قفل جزر و مدی سیاره شده؛ به این معنی که همیشه یک طرف سیاره به سمت ستاره قرار دارد؛ طرف روز سیاره، سوزان و طرف دیگر آن سرد است.

از طرفی، میزان پرتوهای برخوردی به این سیاره، ۷۰ برابر بیشتر از زمین است و به‌گفته‌ی کریدبرگ سیاره لزوما در چنین فاصله‌ای جو خود را از دست نمی‌دهد. برای مثال، پوشش ضخیم کربن دی‌اکسید می‌تواند مقاومت کافی را در مقابل بمباران‌های پرتوی ستاره‌ی مجاور داشته باشد. یا شاید سیاره‌ی موردنظر میزبان اقیانوسی وسیع باشد که به دلیل نور شدید ستاره تبخیر شده باشد، به‌ این‌ ترتیب آب به مولکول‌های تشکیل‌دهنده‌اش تجزیه می‌شود. هیدروژن سبک‌تر منحرف می‌شود و اکسیژن خالص در جو باقی می‌ماند.

اگرچه پژوهشگرها نمی‌توانند مستقیما با تلسکوپ فضایی مادون‌قرمز اسپیتزر، سیاره را رصد کنند اما قادر به اندازه‌گیری دما و تغییرات دوره‌ای در انتشار گرمای ستاره‌ی میزبان هستند که بر اثر حرکت‌ مداری سیاره به وجود می‌آید. سیاره‌ی LHS 3844b مانند ماه قمر زمین، با چرخش به دور مدار خود چهره‌های متفاوتی را به ناظر زمینی نشان می‌دهد: طی چرخش معمولا سمت داغ روز یا سمت سرد شب دیده می‌شود.

ستاره‌شناسان براساس حرکت سیاره، قادر به اندازه‌گیری تغییرات پرتوی مادون‌قرمز هستند. این سیاره در بخشی از مدار خود کاملا پشت ستاره‌ی میزبان قرار می‌گیرد و از گرمای آن کاملا از دید ناظر زمینی ناپدید می‌شود. به‌ این‌ ترتیب دانشمندان می‌توانند به اندازه‌گیری تأثیر این سیاره بر انتشار گرمای ستاره‌ی میزبان بپردازند. تیم کریدبرگ براساس این اندازه‌گیری‌ها، دست به تخمین دمای سمت شب سیاره زدند: دمای سمت شب منفی ۲۷۳ درجه‌ی سانتی‌گراد و دمای سمت روز، ۷۶۷ درجه‌ی سانتی‌گراد است.

وجود جو تعدیل‌کننده، امکان انتقال گرما بین نیم‌کره‌ها را فراهم می‌کند و به‌ این‌ ترتیب اختلاف دما را کاهش می‌دهد؛ اما براساس مدل‌های کامپیوتری، اختلاف دمای LHS 3844b تنها در صورتی افزایش می‌یابد که سیاره جو به‌شدت باریکی داشته باشد و فشار آن یک‌دهم فشار زمین باشد. براساس مجموعه‌ای از پژوهش‌ها و به‌گفته‌ی کالین جانستون اخترفیزیک‌دان دانشگاه وین که در این پژوهش مشارکت نداشته است، جو سیاره‌های اطراف کوتوله‌های سرخ به دلیل محیط خشن به‌سختی شکل می‌گیرد یا حفظ می‌شود؛ اما هنوز مشخص نیست ویژگی‌های سیاره‌ی LHS 3844b چه معنایی برای سیاره‌های TRAPPIST-1 یا پروکسیما قنطورس b دارد که در فاصله‌ی دورتری از ستاره‌ی میزبان خود قرار گرفته‌اند. به‌گفته‌ی جانستون:

براساس شواهد، سیاره‌ها در اطراف چنین ستاره‌هایی قابل سکونت نیستند.

سیاره‌ی LHS3844b در داخلی‌ترین نقطه‌ی محدوده‌ی قابل سکونت از ستاره‌ی میزبان قرار دارد (بخشی از منظومه که سیاره از نور کافی برخوردار می‌شود به‌طوری‌ که آب به شکل مایع روی سطح آن جریان پیدا می‌کند) اما به عقیده‌ی تیفانی جنسن، دکترای ستاره‌شناسی دانشگاه کلمبیا تنها با این مدرک نمی‌توان به نتیجه رسید. او می‌گوید:

عدم وجود جو روی این سیاره احتمال وجود جو در سیاره‌های دیگر در محدوده‌ی قابل سکونت را کاهش نمی‌دهد.

اما به عقیده‌ی لوئب، اتفاقاتی که در اطراف کوتوله‌های سرخ رخ می‌دهند را می‌توان به سیاره‌های بیشتری تعمیم داد. براساس محاسبات تئوری او، احتمال از بین رفتن جو سیاره‌ها در محدوده‌ی قابل سکونت کوتوله‌های سرخ وجود دارد. اگرچه LHS3944b تنها نمونه‌ی موجود است و بیشتر از محدوده‌ی قابل سکونت به ستاره‌ی خود نزدیک است اما براساس شواهدی که این سیاره ارائه می‌کند، احتمال حذف جو وجود دارد. به‌گفته‌ی لوئب، می‌توان براساس این شواهد به اندازه‌گیری‌های مشابهی برای سیاره‌های دیگر رسید.

ناامیدی کریدبرگ نسبت به LHS3844b از بین رفته است؛ او می‌گوید: «اگر موجودی فرازمینی بودید و با بررسی منظومه‌ی شمسی سیاره‌ی عطارد را کشف می‌کردید، قطعا ناامید می‌شدید؛ اما مجموعه‌ی متنوعی از جوها در کل کیهان وجود دارد.» پژوهشگرها هنوز به‌دنبال درک چگونگی تشکیل جو سیاره‌ای هستند و هنوز سؤال‌های ناشناخته‌ی زیادی در این‌باره وجود دارد. به‌گفته‌ی کریدبرگ:

به ازای هر فرضیه‌ای که درباره‌ی از بین رفتن جو سیاره‌ها وجود دارد، فرضیه‌هایی درباره‌ی تشکیل و حفظ جو آن‌ها وجود دارد و به‌ این‌ ترتیب انکارکنندگان شکست خواهند خورد.