当恒星变成红巨星时,生命几乎不可能幸存

2021/7/28 9:59:53 来源:新浪科技 作者:匀琳 责编:玉笛

北京时间 7 月 28 日消息,如果我们在围绕白矮星运行的行星上发现生命,那么生命一定是在恒星度过了红巨星阶段、变成恒星残骸白矮星之后才出现的。

为什么这么说呢?因为恒星从红巨星过渡到白矮星阶段时产生的强大恒星风会对生物造成巨大伤害。我们的太阳,终有一天也会迎来这一时刻。太阳,大约将在 50 亿年后膨胀为红巨星,最终变成一颗地球大小的致密白矮星

我们一直在猜测,生命是否可以在这一恒星演化阶段中幸存,但最新研究所得出的结论是:生命几乎不可能在这个阶段幸存下来

众所周知,地球受到磁层的保护。磁层的磁场线可以转移有害粒子,进而阻止大气层损耗。你可能会认为,在遥远的未来,对于那些有磁层保护的行星(例如,火星则没有磁层保护),磁层也可以减少大气层的损耗。但实际情况是,演化中的恒星产生的恒星风,要比当下太阳的恒星风强烈许多

研究的作者模拟了来自不同质量范围的 11 颗不同类型恒星的恒星风。他们发现:

“模拟结果显示,在巨星分支演化过程中的某个时刻,外木星类似天体将恰好达到维持磁层顶的阙值。但是,在整个巨星分支演化阶段,天体需要更强大的磁场才能维持住任何磁层顶。对于地球和任何潜在的宜居行星,此前磁层带来的任何保护都将消失。这种保护的消失,再加上轨道膨胀和不同的恒星光度,这一切都说明,在恒星演化的巨星分支阶段,生命的存续将受到挑战。”

那么,生命是否可以在巨型气态行星的卫星的冰壳下面躲过一劫呢?可能性也不大。一个能维持液态水的宜居带将从距离太阳约 1.5 亿公里处向外移动到 60 亿公里处,甚至超越了海王星的轨道。在这个阶段,行星可以迁移,但宜居带向外移动的速度要比行星的更快,这可能是一个致命威胁。因此,以白矮星为中心的生命,需要从头开始进化。

该示意图展示了太阳(左)喷射出的物质和地球(右)磁层之间的相互作用。但太阳演化为一颗红巨星时,地球可能会被太阳的大气层吞噬。又因为此时太阳的恒星风是如此地不稳定,巨大外行星的磁层即便更强大,也会被剥离。

因此,在这一个恒星演化阶段,宜居带的向外迁移和磁层的难以维持,将导致任何环境寸草不生。研究模型还表明,在强大的恒星风和幸存行星的轨道不断扩大的双重作用下,磁层会随着时间的流逝,先缩小再扩大。所以,在红巨星变成白矮星的整个过程中,只有比木星磁场还强 100 倍的磁场,才能维持一个稳定的磁层。

那接下来呢?白矮星不会产生恒星风,所以,威胁消失了。我们在白矮星周围发现的任何生命,毫无疑问,都是在白矮星阶段发展起来的。如果真的存在这样的生命,我们或许可以在未来的太空探索任务中,检测到它们的生物标记。要知道,白矮星不过地球一般大小,而当一颗行星凌白矮星时,行星会产生巨大的阴影,似乎能够成为透射光谱的理想目标,即我们可以在恒星光芒穿过行星大气层时,分析行星的大气层成分。

我们知道的大多数系外行星都围绕主序星运行。但我们也已知约有 100 颗绕红巨星运行的系外行星,以及我们还发现了至少四颗绕白矮星运行的系外行星。这些行星是恒星演化的幸存者,因此可用作跟踪其所在恒星系寿命的基准,其中有两颗白矮星行星十分接近其恒星系的宜居带,也就是说在这样的轨道中可能存在一颗地球大小的行星。

这些例子表明,巨行星可以非常地接近宜居带。白矮星的宜居带离该恒星十分近,因为跟太阳这类恒星相比,白矮星发出的光芒更少。但白矮星又是十分稳定的恒星,因为它们没有恒星风。一颗停留在白矮星宜居带范围内的行星可以在那里安稳度过十亿年,只要条件合适,生命将有足够的时间去进化

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关键词:恒星红巨星宇宙

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