قابلية السكن لأنظمة الأقزام الحمراء

صورة تخيلية لكوكب يدور حول قزم أحمر

تتحدد قابلية السكن لأنظمة الأقزام الحمراء (بالإنجليزية: Habitability of red dwarf systems)‏، وفقًا لعدد كبير من العوامل النابعة من المصادر المتنوعة. تعتبر استمرارية وبقاء الأقزام الحمراء من العوامل التي تسمح بوجود فرصة لاعتقاد الفهماء حتى أنظمتها الكوكبية قابلة للسكن، على الرغم من حتى انخفاض تدفقها الإشعاعي، وزيادة فرص حدوث التقييد المدي لكواكبها، وانخفاض مساحة النطاق القابل للسكن حولها، والتغير النجمي المرتفع الظاهر تأثيره على كواكبها من ضمن العوائق التي تجعل قابلية السكن على كواكبها محالةً. يفهم الفهماء كيفية تأثير جميع عامل من هذه العوامل الكثيرة، وتفاعلها مع بعضها البعض، على قابلية السكن لفهم المزيد عن عدد المواقع التي يمكن حتى تستضيف الحياة والحياة الذكية خارج الأرض، وأكثرها قابلية لذلك.

يعتبر التقييد المدّي الشديد للكواكب التابعة للأقزام الحمراء، الناتج عن قربهم منها، من أكبر معوقات تطور الحياة في هذه الأنظمة الكوكبية. تقلل الآثار الأخرى أيضًا للتقييد المدي، مثل الاختلافات الشديدة في درجات الحرارة بين وجه الكوكب اللقاء بشكل دائم للقزم الأحمر والوجه الآخر غير اللقاء له مع انعدام الميل المحوري للكوكب، من احتمالية نشأة الحياة حول الأقزام الحمراء. تقلل أيضًا بعض العوامل الأخرى غير المتعلقة بالقوى المدِّية من إمكانية الحياة على هذه الأنظمة الكوكبية، مثل الاختلاف النجمي الشديد، وتوزيع أطياف الطاقة التي تعتبر مُزاحَة إلى نطاق الأشعة تحت الحمراء مقارنةً بالشمس، وانخفاض مساحة النطاق القابل للسكن حول هذه الأقزام الحمراء بسبب انخفاض كمية الضوء المنبعث منها.

ولكن هناك أيضًا بعض العوامل الأخرى التي يمكن حتى تزيد من احتمالية نشأة الحياة على كواكب الأقزام الحمراء. فيمكن لتشكل السحب الكثيف على النصف اللقاء للقزم من الكوكب المقيد مديًا حتى يقلل التدفق الكلي للحرارة، وأن يقلل أيضًا من الاختلافات في درجة حرارة التوازن الكوكبي بين نصفيه بشكل جذري. ومن الناحية الإحصائية، يُزيد أيضًا العدد الكلي للأقزام الحمراء في مجرة درب التبانة، والذي يمثل 85% من أجمالي عدد النجوم بها التي تصل إلى 100 مليار نجم، من احتمالية وجود الحياة على الكواكب التابعة لأحد هذه الأقزام الحمراء. من المتسقط وجود نحوعشرات المليارات من الكواكب من نوع الأرض الهائلة في النطاقات القابلة للسكن حول الأقزام الحمراء في مجرة درب التبانة.

خصائص القزم الأحمر

تعتبر النجوم من نوع القزم الأحمر أصغر، وأبرد، وأكثر النجوم شيوعًا بين أنواع النجوم الأخرى. تُقدر وفرة هذه الأقزام الحمراء بين 70% من النجوم في المجرات الحلزونية إلى أكثر من 90% من النجوم في المجرات الإهليجية، وتصل النسبة المتوسطة المُتعارف عليها لهذه الأقزام الحمراء في مجرة درب التبانة نحو73% من النجوم، وهذه النسبة معروفة منذ تسعينيات القرن الماضي من خلال مشاهدات المراصد الراديوية لأحد المجرات الحلزونية الضلعية الأخرى. تعتبر الأقزام الحمراء ضمن أواخر النوع الطيفي K أوالنوع الطيفي M وفقًا للتصنيف الطيفي للنجوم. يستحيل رؤية هذه الأقزام الحمراء من الأرض بالعين المجردة، بسبب انخفاض الطاقة المنبعثة منها، إذ لا تقترب الطاقة الضوئية المنبعثة من أقرب هذه الأقزام الحمراء إلى الشمس عند رصده منفردًا، وهوالنجم قنطور الأقرب الذي يعتبر أيضًا أقرب النجوم إلى الشمس، ولا حتى نجم السهم (برنارد) الذي يعتبر أقرب الأقزام الحمراء المنفردة، من نطاق الضوء المرئي.

الأبحاث الفهمية

اللمعان والهجريب الطيفي

استبعد فهماء الفلك، على مر السنين، الأنظمة الكوكبية للأقزام الحمراء التي تتراوح كتلها بين 0.08 إلى 0.45 كتلة شمسية من الأنظمة التي يمكن حتى تسمح بوجود الحياة عليها. تسبب الكتل المنخفضة لهذه النجوم تباطؤ التفاعلات النووية الاندماجية بشكل كبير، ما يؤدي إلى انخفاض لمعانها الذي يتراوح بين 0.01% فقط من لمعان الشمس بحد أقصى 3% تقريبًا. ولهذا، سيتحتم على أي كوكب يدور حول أحد هذه الأقزام الحمراء حتى يتميز بانخفاض طول نصف المحور الرئيسي لمداره حتى يحافظ على درجة حرارة سطح مماثلة لكوكب الأرض، أي من 0.268 وحدة فلكية في حالة الأقزام الحمراء اللامعة نسبيًا مثل لكيل 8760 إلى 0.032 وحدة فلكية في حالة الأقزام الحمراء الصغيرة مثل قنطور الأقرب، أقرب النجوم للمجموعة الشمسية. ويمكن للسنة على هذه الكواكب حتى تستغرق ستة أيام أرضية فقط.

يقع أغلب اللمعان المنخفض للأقزام الحمراء في نطاق الأشعة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي، مع طاقة أقل من طاقة الضوء المرئي التي تتميز بها الشمس. ولهذا، ستحتاج تفاعلات البناء الضوئي على الكواكب التابعة للأقزام الحمراء فوتونات إضافية حتى تحقق كمية الطاقة الضوئية اللازمة للاستثارة لنقل الإلكترون مقارنةً بما هوموجود على الأرض، بسبب انخفاض متوسط مستوى طاقة الفوتونات القريبة من نطاق الأشعة تحت الحمراء مقارنة بفوتونات الضوء المرئي للشمس. ستظهر أوراق الأشجار على الكواكب القابلة للسكن التابعة للأقزام الحمراء باللون الأسود عند رؤيتها في نطاق الضوء المرئي؛ لأنها بحاجة حتى تتكيف مع النطاق الطيفي الواسع لتحصل على أكبر كمية ممكنة من الطاقة الضوئية.

وبالإضافة إلى ذلك، ستحصل الأحياء المائية بكواكب الأقزام الحمراء على كمية أقل من الطاقة، بسبب شدة امتصاص الماء للضوء في نطاق الأشعة الحمراء وتحت الحمراء. ومع ذلك، يمكن حتى ينتج عن امتصاص الجليد المائي لهذه الأشعة الضوئية زيادة درجة حرارته حتى يصل إلى درجات حرارة مماثلة للحرارة الناتجة من النجوم الشبيهة بالشمس، ما قد يزيد من مساحة النطاق القابل للسكن حول الأقزام الحمراء.

ومن العوامل الأخرى التي يمكن حتى تحيل دون قابلية السكن على هذه الكواكب؛ حتى هذه النجوم تستغرق فترةً أطول في طور النجم قبل النسق الأساسي من دورتها النجمية، ما يجعل النطاق القابل للسكن حولها منطقةً توجد فيها المياه في حالتها الغازية لمدة مليار عام تقريبًا. ولذلك، ستتأثر الكواكب الأرضية الموجودة في النطاق القابل للسكن حول هذه الأقزام الحمراء، والمتميزة بوجود مسطحات مائية كبيرة خلال تشكلها، بجموح تأثير الاحتباس الحراري لمدة عدة مئات الملايين من السنين. وسيسبب التفكك الضوئي لبخار الماء، خلال الفترات الأولى من طور الجموح هذا، هروب الهيدروجين إلى الفضاء الخارجي مع فقدان المحيطات المائية تاركًا غلافًا جويًا سميكًا من الأكسجين غير القابل للحياة.

الاحتفاظ بالماء

يمكن حتى تحتفظ الكواكب بكميات كبيرة من المياه في النطاقات القابلة للحياة الموجودة حول الأقزام فائقة البرودة، التي تتراوح كتلتها بين 0.04 إلى 0.06 كتلة شمسية، على الرغم من حدوث التفكك الضوئي للمياه بعمل الأشعة فوق البنفسجية البعيدة أوهروب الهيدروجين إلى الفضاء بعمل الأشعة فوق البنفسجية القصوى.

يمكن للكواكب المائية التابعة للأقزام من النوع الطيفي M حتى تفقد محيطاتها عبر خط زمني يصل إلى مليارات السنين بسبب بيئة الجسيمات والإشعاعات الحادة التي تتأثر بها الكواكب الخارجية عندما تكون في النطاقات القابلة للسكن القريبة من النجوم. وإذا كان الغلاف الجوي سيُفقد عبر خط زمني أقل من مليارات السنين، سعيق هذا نشأة الحياة (التخلق التلقائي) على سطح هذه الكواكب.

تواتر الكواكب بحجم الأرض حول الأقزام فائقة البرودة

وضحت إحدى الدراسات على البيانات الأرشيفية التي رصدها مقراب سبيتزر الفضائي أول انطباع عن تواتر الكواكب بحجم الأرض حول الأقزام النجمية فائقة البرودة، بنحو30% إلى 45%. وبينت إحدى عمليات المحاكاة الحاسوبية حتى الكواكب التي تتشكل حول النجوم بكتلة مماثلة لكتلة النجم ترابيست-1، نحو0.08 كتلة شمسية، يمكن حتى تكون بحجوم مماثلة لحجم كوكب الأرض.

انظر أيضًا

فهم الأحياء الفلكي
نطاق صالح للحياة
غليزا 581g
كيبلر-186f
قابلية سكن الكواكب
البحث عن ذكاء خارج الأرض

مراجع

^ Barnes, Rory; Mullins, Kristina; Goldblatt, Colin; Meadows, Victoria S.; Kasting, James F.; Heller, René (March 2013). "Tidal Venuses: Triggering a Climate Catastrophe via Tidal Heating". Astrobiology. 13 (3): 225–250. arXiv:1203.5104. Bibcode:2013AsBio..13..225B. doi:10.1089/ast.2012.0851. PMC 3612283. PMID 23537135.
^ Major, Jason (23 December 2015). Tidal Venuses" May Have Been Wrung Out To Dry". Universetoday.com. مؤرشف من الأصل في 19 فبراير 2019.
^ Wilkins, Alasdair (2012-01-16). "Life might not be possible around red dwarf stars". Io9.com. مؤرشف من الأصل في ثلاثة أكتوبر 2015. اطلع عليه بتاريخ 19 يناير 2013.
^ Yang, J.; Cowan, N. B.; Abbot, D. S. (2013). "Stabilizing Cloud Feedback Dramatically Expands the Habitable Zone of Tidally Locked Planets". The Astrophysical Journal. 771 (2): L45. arXiv:1307.0515. Bibcode:2013ApJ...771L..45Y. doi:10.1088/2041-8205/771/2/L45.
^ Than, Ker (2006-01-30). "Astronomers Had it Wrong: Most Stars are Single". Space.com. TechMediaNetwork. مؤرشف من الأصل في 24 سبتمبر 2019. اطلع عليه بتاريخ 04 يوليو2013.
^ Staff (2013-01-02). "100 Billion Alien Planets Fill Our Milky Way Galaxy: Study". Space.com. مؤرشف من الأصل في 1 يناير 2020. اطلع عليه بتاريخ 03 يناير 2013.
^ Paul Gilster (2012-03-29). "ESO: Habitable Red Dwarf Planets Abundant". Centauri-dreams.org. مؤرشف من الأصل في 18 يناير 2017. اطلع عليه بتاريخ 19 يناير 2013.
^ The term dwarf applies to all stars in the النسق الأساسي, including the الشمس.
^ van Dokkum, Pieter G.; Conroy, Charlie (1 December 2010). "A substantial population of low-mass stars in luminous elliptical galaxies". تخصصر. 468 (7326): 940–942. arXiv:1009.5992. Bibcode:2010Natur.468..940V. doi:10.1038/nature09578. PMID 21124316.
^ Yale University (December 1, 2010). "Discovery Triples Number of Stars in Universe". ScienceDaily. مؤرشف من الأصل في أربعة يناير 2019. اطلع عليه بتاريخ 17 ديسمبر 2010.
^ Dole, Stephen H. Habitable Planets for Man 1965 مؤسسة راند report, published in book form--A figure of 73% is given for the percentage of red dwarfs in the Milky Way.
^ the term is sometimes used as coterminus with M class. K class stars tend toward an orange color.
^ Chabrier, G.; Baraffe, I.; Plez, B. (1996). "Mass-Luminosity Relationship and Lithium Depletion for Very Low Mass Stars". Astrophysical Journal Letters. 459 (2): L91–L94. Bibcode:1996ApJ...459L..91C. doi:10.1086/309951.
^ "Habitable zones of stars". NASA Specialized Center of Research and Training in Exobiology. جامعة كاليفورنيا الجنوبية, San Diego. مؤرشف من الأصل في 21 نوفمبر 2000. اطلع عليه بتاريخ 11 مايو2007.
^ Ségransan, D.; et al. (2003). "First radius measurements of very low mass stars with the VLTI". Astronomy and Astrophysics. 397 (3): L5–L8. arXiv:astro-ph/0211647. Bibcode:2003A&A...397L...5S. doi:10.1051/0004-6361:20021714.
^ Williams, David R. (2004-09-01). "Earth Fact Sheet". NASA. مؤرشف من الأصل في 11 يناير 2020. اطلع عليه بتاريخ 09 أغسطس 2010.
^ Nancy Y. Kiang (April 2008). "The color of plants on other worlds". Scientific American. 298 (4): 48–55. Bibcode:2008SciAm.298d..48K. doi:10.1038/scientificamerican0408-48. PMID 18380141. مؤرشف من الأصل في 31 يناير 2020.
^ Hoejerslev, N. K. (1986). "3.3.2.1 Optical properties of pure water and pure sea water". Subvolume A. 3a. صفحات 395–398. doi:10.1007/10201933_90. ISBN .
^ Joshi, M.; Haberle, R. (2012). "Suppression of the water ice and snow albedo feedback on planets orbiting red dwarf stars and the subsequent widening of the habitable zone". Astrobiology. 12 (1): 3–8. arXiv:1110.4525. Bibcode:2012AsBio..12....3J. doi:10.1089/ast.2011.0668. PMID 22181553.
^ Luger, R.; Barnes, R. (2014). Buildup on Planets Throughout the Habitable Zones of M Dwarfs". Astrobiology. 15 (2): 119–143. arXiv:1411.7412. Bibcode:2015AsBio..15..119L. doi:10.1089/ast.2014.1231. PMC 4323125. PMID 25629240.
^ Bolmont, E.; Selsis, F.; Owen, J. E.; Ribas, I.; Raymond, S. N.; Leconte, J.; Gillon, M. (21 January 2017). "Water loss from terrestrial planets orbiting ultracool dwarfs: implications for the planets of TRAPPIST-1". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 464 (3): 3728–3741. arXiv:1605.00616. Bibcode:2017MNRAS.464.3728B. doi:10.1093/mnras/stw2578.
^ Dong, Chuanfei; et al. (2017). "The dehydration of water worlds via atmospheric losses". The Astrophysical Journal Letters. 847 (L4): L4. arXiv:1709.01219. Bibcode:2017ApJ...847L...4D. doi:10.3847/2041-8213/aa8a60.
^ He, Matthias Y.; Triaud, Amaury H. M. J.; Gillon, Michaël (2017). "First limits on the occurrence rate of short-period planets orbiting brown dwarfs". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 464 (3): 2687–2697. arXiv:1609.05053. doi:10.1093/mnras/stw2391.
^ Alibert, Yann; Benz, Willy (26 January 2017). "Formation and composition of planets around very low mass stars". مجلة فهم الفلك والفيزياء الفلكية. 598: L5. arXiv:1610.03460. doi:10.1051/0004-6361/201629671.