دروع الكواكب ستتشابك تحت الرياح النجمية الغاضبة من نجومها المحتضرة – يكاد يكون من المستحيل بقاء الحياة

عندما تتطور الشمس لتصبح نجمًا أحمر عملاقًا ، قد يبتلع الغلاف الجوي لنجمنا الأرض ، ومع وجود رياح شمسية أكثر استقرارًا ، قد يتم تجريد الغلاف المغناطيسي المرنة والوقائية للكواكب الخارجية العملاقة. الائتمان: MSFC / NASA

تقول دراسة جديدة بقيادة جامعة وارويك ، إن أي حياة يتم تحديدها على الكواكب التي تدور حول نجوم قزمة بيضاء ، تطورت بعد موت النجم ، والتي كشفت عن عواقب الرياح النجمية الشديدة والغاضبة التي ستضرب كوكبًا أثناء احتضار نجمه. نُشر البحث في الإخطارات الشهرية للجمعية الملكية الفلكية ، وقد قدمه المؤلف الرئيسي الدكتور ديميتري فيراس اليوم (21 يوليو 2021) في الاجتماع الوطني لعلم الفلك عبر الإنترنت (NAM 2021).

يوفر البحث رؤية جديدة لعلماء الفلك الذين يبحثون عن علامات الحياة حول هذه النجوم الميتة من خلال فحص تأثير رياحهم على الكواكب التي تدور حول الكواكب أثناء انتقال النجم إلى مرحلة القزم الأبيض. وخلصت الدراسة إلى أنه يكاد يكون من المستحيل أن تنجو الحياة من التطور النجمي الكارثي ما لم يكن للكوكب مجال مغناطيسي شديد القوة – أو غلاف مغناطيسي – يمكن أن يحميه من أسوأ التأثيرات.

في حالة الأرض ، يمكن أن تؤدي جزيئات الرياح الشمسية إلى تآكل الطبقات الواقية للغلاف الجوي التي تحمي البشر من الأشعة فوق البنفسجية الضارة. يعمل الغلاف المغناطيسي الأرضي كدرع لتحويل هذه الجسيمات بعيدًا عبر مجالها المغناطيسي. لا تحتوي جميع الكواكب على غلاف مغناطيسي ، ولكن الأرض تتولد من قلبها الحديدي ، الذي يدور مثل الدينامو لإنشاء مجاله المغناطيسي.

“نحن نعلم أن الرياح الشمسية في الماضي تسببت في تآكل الغلاف الجوي للمريخ ، والذي ، على عكس الأرض ، ليس له غلاف مغناطيسي واسع النطاق. ما لم نتوقع اكتشافه هو أن الرياح الشمسية في المستقبل يمكن أن تكون مدمرة حتى لتلك الكواكب المحمية بواسطة مجال مغناطيسي “، كما تقول الدكتورة ألين فيدوتو من Trinity College Dublin ، المؤلفة المشاركة للدراسة.

في نهاية المطاف ، نفد الهيدروجين المتاح لجميع النجوم والذي يغذي الاندماج النووي في نواتها. في الشمس ، سيتقلص اللب ويسخن ، مما يؤدي إلى توسع هائل في الغلاف الجوي الخارجي للنجم إلى “عملاق أحمر”. ستمتد الشمس بعد ذلك إلى قطر يصل إلى عشرات الملايين من الكيلومترات ، لتبتلع الكواكب الداخلية ، وربما بما في ذلك الأرض. في الوقت نفسه ، يعني فقدان الكتلة في النجم أن لديه قوة جاذبية أضعف ، وبالتالي تتحرك الكواكب المتبقية بعيدًا.

خلال مرحلة العملاق الأحمر ، ستكون الرياح الشمسية أقوى بكثير مما هي عليه اليوم ، وسوف تتقلب بشكل كبير. قام فيراس وفيدوتو بنمذجة الرياح من 11 نوعًا مختلفًا من النجوم ، بكتل تتراوح من واحد إلى سبعة أضعاف كتلة شمسنا.

أظهر نموذجهم كيف تتآمر كثافة وسرعة الرياح النجمية ، جنبًا إلى جنب مع مدار كوكبي متزايد ، على تقليص وتوسيع الغلاف المغناطيسي للكوكب بمرور الوقت. لكي يحافظ أي كوكب على غلافه المغناطيسي خلال جميع مراحل التطور النجمي ، يجب أن يكون مجاله المغناطيسي أقوى بمائة مرة على الأقل من المجال المغناطيسي الحالي للمشتري.

تؤدي عملية التطور النجمي أيضًا إلى حدوث تحول في المنطقة الصالحة للسكن للنجم ، وهي المسافة التي تسمح للكوكب بأن يكون درجة الحرارة المناسبة لدعم الماء السائل. في نظامنا الشمسي ، ستنتقل المنطقة الصالحة للسكن من حوالي 150 مليون كيلومتر من الشمس – حيث توجد الأرض حاليًا – إلى 6 مليارات كيلومتر ، أو أبعد من نبتون. على الرغم من أن الكوكب المداري قد يغير موقعه أيضًا خلال مراحل التفرع العملاق ، فقد وجد العلماء أن المنطقة الصالحة للسكن تتحرك إلى الخارج بسرعة أكبر من الكوكب ، مما يشكل تحديات إضافية لأي حياة موجودة على أمل البقاء على قيد الحياة.

في النهاية ، ألقى العملاق الأحمر غلافه الجوي الخارجي بالكامل ، تاركًا وراءه بقايا قزم أبيض حار كثيف. لا تنبعث منها رياح نجمية ، لذلك بمجرد وصول النجم إلى هذه المرحلة ، يكون الخطر على الكواكب الباقية قد انتهى.

قال الدكتور فيراس: “توضح هذه الدراسة صعوبة الحفاظ على كوكب ما على غلافه المغناطيسي الواقي في جميع مراحل التفرع العملاق لتطور النجوم.”

“أحد الاستنتاجات هو أن الحياة على كوكب في المنطقة الصالحة للسكن حول قزم أبيض سوف تتطور بشكل شبه مؤكد خلال مرحلة القزم الأبيض ما لم تكن تلك الحياة قادرة على تحمل العديد من التغيرات المتطرفة والمفاجئة في بيئتها.”

يجب أن تكشف البعثات المستقبلية مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي المقرر إطلاقه في وقت لاحق من هذا العام المزيد عن الكواكب التي تدور حول النجوم القزمة البيضاء ، بما في ذلك ما إذا كانت الكواكب الموجودة في مناطقها الصالحة للسكن تظهر مؤشرات حيوية تشير إلى وجود الحياة ، لذلك توفر الدراسة سياقًا قيمًا لأي منها. الاكتشافات المحتملة.

حتى الآن ، لم يتم العثور على كوكب أرضي يمكن أن يدعم الحياة حول قزم أبيض ، لكن اثنين من عمالقة الغاز المعروفين قريبان بدرجة كافية من المنطقة الصالحة للسكن لنجمهم للإشارة إلى إمكانية وجود مثل هذا الكوكب. من المحتمل أن تكون هذه الكواكب قد اقتربت من القزم الأبيض نتيجة للتفاعلات مع الكواكب الأخرى في الخارج.

يضيف الدكتور فيراس: “تُظهر هذه الأمثلة أن الكواكب العملاقة يمكن أن تقترب جدًا من المنطقة الصالحة للسكن. المنطقة الصالحة للسكن بالنسبة للقزم الأبيض قريبة جدًا من النجم لأنها تصدر ضوءًا أقل بكثير من النجم الشبيه بالشمس. ومع ذلك ، فإن الأقزام البيضاء هي أيضًا نجوم ثابتة جدًا حيث لا يوجد لديها رياح. يمكن أن يظل الكوكب المتوقف في منطقة القزم البيضاء الصالحة للسكن هناك لمليارات السنين ، مما يتيح وقتًا لتطور الحياة شريطة أن تكون الظروف مناسبة “.

الاجتماع: الاجتماع الوطني لعلم الفلك التابع للجمعية الفلكية الملكية