Zona galactică locuibilă

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

În astrobiologia și astrofizica planetară, zona galactică locuibilă este regiunea unei galaxii în care viața s-ar putea dezvolta cel mai probabil. Conceptul de zonă galactică locuibilă analizează diverși factori, precum metalicitatea (prezența elementelor mai grele decât hidrogenul și heliul ) și frecvența și densitatea diferitelor evenimente catastrofale, cum ar fi explozia supernova , și le folosește pentru a calcula în ce regiuni ale unei galaxiile sunt mai susceptibile de a forma planete terestre care pot oferi un mediu adecvat pentru nașterea și dezvoltarea organismelor vii. [1] Potrivit cercetărilor publicate în august 2015, galaxiile foarte mari pot favoriza nașterea și dezvoltarea planetelor locuibile mai mult decât galaxiile mai mici, cum ar fi Calea Lactee . [2] În cazul Căii Lactee, se crede în mod obișnuit că zona sa galactică locuibilă este un inel cu o rază exterioară de aproximativ 10 kiloparsec ( 33 000 al ) și o rază internă lângă Centrul Galactic (fără limite precise). [1] [3]

Teoria zonei galactice locuibile a fost criticată pentru eșecul ei de a cuantifica cu exactitate factorii care fac ca o regiune a unei galaxii să conducă la apariția vieții. [3] Mai mult, simulările pe computer sugerează că stelele își pot schimba orbita în jurul centrului galactic în mod semnificativ, astfel încât unele zone galactice nu pot fi neapărat mai vitale decât altele. [4] [5] [6]

Istorie

Deja în anii 1950 , zona locuibilă circumstelară fusese introdusă de mai mulți astronomi, adică zona din jurul unei stele cu condițiile potrivite pentru a putea menține apa lichidă la suprafața unei planete. [7] [8] [9]

Din anii 1970 , planetologii și astrobiologii au început să ia în considerare diferiți factori necesari pentru crearea și susținerea vieții, inclusiv impactul pe care o supernova din apropiere îl poate avea asupra dezvoltării vieții. [10] [11] În 1981, informaticienul Jim Clarke a propus că lipsa aparentă a civilizațiilor extraterestre în Calea Lactee ar putea fi explicată prin explozii precum cele care au loc în nucleele galactice active ale galaxiilor Seyfert , doar Pământul fiind scutit de acest lucru. radiații în virtutea poziției sale în galaxie. [12] În același an, Wallace Hampton Tucker a analizat habitabilitatea galactică într-un context mai general, dar lucrările ulterioare i-au înlocuit propunerile. [13]

Teoria modernă a zonei locuibile galactice a fost introdusă în 1986 de LS Marochnik și LM Mukhin de la Institutul Rus de Cercetare Spațială , care au definit zona ca regiunea în care viața inteligentă ar putea prospera. [14] Donald Brownlee și paleontologul Peter Ward au extins conceptul unei zone galactice locuibile, precum și alți factori necesari apariției unei vieți complexe, în cartea lor din 2000 Rare Earth: Why Complex Life is Uncommon in the Universe . În cartea menționată mai sus, autorii au folosit zona galactică locuibilă, printre alți factori, pentru a argumenta că viața inteligentă nu este o întâmplare obișnuită în Univers. [15]

Ideea unei zone locuibile galactice a fost dezvoltată în continuare într-o lucrare din 2001 de Ward și Brownlee, în colaborare cu Guillermo Gonzalez de la Universitatea din Washington . În acel articol, Gonzalez, Brownlee și Ward au susținut că regiunile apropiate de halou galactic nu ar avea elementele mai grele necesare pentru a produce planete terestre locuibile, creând astfel o limită externă la dimensiunea zonei galactice locuibile. A fi prea aproape de centrul galactic ar expune însă o planetă altfel locuibilă la numeroase supernove și alte evenimente cosmice energetice, precum și la impacturi cometare excesive cauzate de perturbări în norul Oort al stelei gazdă. Prin urmare, autorii au stabilit o graniță internă pentru zona locuibilă galactică, situată chiar în afara bulbului galactic . [16]

Factori

Pentru a identifica un loc din galaxie ca parte a zonei galactice locuibile, trebuie luați în considerare o varietate de factori. Acestea includ distribuția stelelor și brațelor spiralate, prezența sau absența unui nucleu galactic activ, frecvența supernovelor din apropiere care pot amenința existența vieții, metalicitatea acelei locații și alți factori. Fără a îndeplini acești factori, o regiune a galaxiei nu poate crea sau susține în mod eficient viața. [16]

Evoluția chimică

Metalicitatea stelelor discului subțire galactic este mult mai mare decât cele ale halo-ului exterior .

Diverse elemente, cum ar fi fierul , magneziul , titanul , carbonul , oxigenul , siliciul și altele, sunt necesare pentru a produce planete locuibile, iar concentrația și raporturile acestora variază în diferite zone ale galaxiei.

Raportul elementar de referință cel mai comun este cel al raportului dintre concentrația de fier și hidrogen ([Fe / H]); metalicitatea este unul dintre factorii care determină tendința unei regiuni a galaxiei de a produce planete terestre. Bulbul galactic, regiunea galaxiei cea mai apropiată de centrul galactic, are o distribuție [Fe / H] cu un vârf de -0,2 în raport cu raportul Soarelui (unde -1 ar fi 1⁄10 din această metalicitate) ; discul subțire , în care se află sectoarele locale ale brațului local , are o metalicitate medie de -0,02 la distanța orbitală a Soarelui în jurul centrului galactic, care scade cu 0,07 pentru fiecare kiloparsec care se îndepărtează de centrul galactic. Discul gros extins are o medie [Fe / H] de -0,6, în timp ce haloul , regiunea cea mai îndepărtată de centrul galactic, are cel mai mic vârf de distribuție [Fe / H], în jur de -1,5, adică doar 3% din abundența metalelor prezente în Soare. [16] Mai mult, o abundență de radionuclizi este necesară și pentru dezvoltarea tectonicii plăcilor , a vulcanismului și a unui efect de dinam pentru a crea un câmp magnetic ca cel terestru. [16]

Deși metalicitatea ridicată este benefică formării exoplanetelor terestre, o cantitate excesivă poate fi în detrimentul vieții. O metalicitate prea mare poate duce la formarea unui număr mare de giganți gazoși într-un sistem dat, care poate migra ulterior de dincolo de linia de zăpadă și poate deveni Jupiter fierbinte , perturbând stabilitatea orbitală a planetelor situate în zona locuibilă circumstelară. [17] Prin urmare, metalicitatea trebuie să fie adecvată: o metalicitate scăzută face dificilă formarea planetelor terestre, o metalicitate ridicată are în schimb o mare probabilitate de a permite formarea unui număr mare de giganți gazoși, ceea ce ar altera habitabilitatea planetelor stâncoase de sistemul.

Evenimente catastrofale

Impactul supernovelor asupra întinderii zonei galactice locuibile a fost studiat pe larg. În imagine Nebuloasa Crab , ceea ce rămâne din supernova care a explodat în 1054 .

Pe lângă faptul că se află într-o regiune a galaxiei care este avantajoasă din punct de vedere chimic pentru dezvoltarea vieții, stelele nu trebuie să producă un număr excesiv de evenimente cosmice catastrofale, care pot pune viața în pericol. [17] Supernovele din apropiere pot deteriora grav dezvoltarea vieții pe o planetă; dacă se întâmplă prea frecvent, astfel de explozii catastrofale pot steriliza o întreagă regiune a unei galaxii timp de miliarde de ani. Bulbul galactic , de exemplu, a suferit un val inițial de formare de stele extrem de rapidă, [16] declanșând o cascadă de supernove care timp de cinci miliarde de ani a lăsat acea zonă aproape complet incapabilă să dezvolte viața.

În plus față de supernove, s - au propus explozii de raze gamma , cantități excesive de radiații, perturbații gravitaționale și diferite alte evenimente care afectează distribuția vieții în galaxie. [18] Aceste evenimente includ „maree galactice” care pot duce la impactul cometei sau chiar al corpurilor reci ale materiei întunecate care trec prin organisme și induc mutații genetice. [17] [19] Cu toate acestea, impactul multor dintre aceste evenimente poate fi dificil de cuantificat. [17]

Morfologia galaxiilor

În verde, zona galactică locuibilă, la 7-9 kiloparseci de centrul galactic.

Diferitele caracteristici morfologice ale galaxiilor pot influența potențialul de habitabilitate planetară. În brațele spirale, de exemplu, are loc o formare intensă de stele, dar acestea conțin numeroși nori moleculari gigantici și densitatea stelară ridicată poate perturba norul Oort al altor stele, trimițând un număr mare de comete și asteroizi către planete potențial locuibile. [20] Mai mult, densitatea ridicată și rata formării masive de stele pot expune stelele care orbitează în interiorul brațelor spirale pentru o lungă perioadă de timp la explozii frecvente de supernova, reducându-le perspectivele de dezvoltare a vieții. [20] Având în vedere acești factori, Soarele este poziționat în mod avantajos în interiorul galaxiei deoarece, pe lângă faptul că se află în afara unui braț spiralat, orbitează aproape de cercul de corotație , maximizând intervalul dintre intersecțiile brațului spiralat. [20] [21]

Brațele spirale au, de asemenea, capacitatea de a provoca schimbări climatice pe o planetă. Trecând prin norii moleculari densi ai brațelor spirale galactice , vânturile stelare pot fi respinse până la punctul în care un strat reflectorizant de hidrogen se acumulează în atmosfera unei planete, rezultând posibil scenarii precum globul de zăpadă Pământ . [6] [22]

Barele de galaxii spirale barate pot influența, de asemenea, dimensiunea zonei galactice locuibile. Se crede că barele galactice cresc în timp, ajungând în final la raza de corotație a galaxiei, perturbând orbitele stelelor existente. Stelele cu înaltă metalicitate, cum ar fi Soarele nostru, de exemplu, se află la jumătatea distanței dintre halou galactic metalic redus și centrul galactic cu radiații ridicate și pot fi împrăștiate prin galaxie, afectând definiția zonei galactice locuibile. S-a sugerat că din acest motiv poate fi imposibil să se definească corect o zonă galactică locuibilă. [21]

Frontiere

Cercetările timpurii asupra zonei galactice locuibile, inclusiv lucrarea din 2001 a lui Gonzalez, Brownlee și Ward, nu au delimitat nicio graniță specifică, afirmând pur și simplu că zona era un inel care includea o regiune a galaxiei care era bogată în metale, dar a fost cruțată prin radiații excesive din centrul galactic și o astfel de habitabilitate era mai probabilă pe discul subțire al galaxiei. [16] Cu toate acestea, cercetările ulterioare efectuate în 2004 de Lineweaver și colegi au sugerat limitele acestui inel, care în cazul Căii Lactee variază de la 7 la 9 kpc de la centrul galactic. [17]

Echipa Lineweaver a analizat, de asemenea, evoluția zonei galactice locuibile în raport cu timpul, constatând de exemplu că stelele apropiate de bulbul galactic trebuiau să se formeze într-o fereastră de timp de aproximativ două miliarde de ani pentru a avea planete locuibile. [17] Înainte de acea fereastră, stelele bombate nu ar fi putut avea planete potrivite vieții, din cauza exploziilor frecvente de supernova. Cu toate acestea, după ce amenințarea cu supernova a dispărut, metalicitatea crescândă a miezului galactic ar fi însemnat că stelele ar fi urmat un număr mare de planete gigantice, capabile să destabilizeze sistemele stelare și să modifice radical orbita oricărei planete situate în zona locuibilă circumstelar a unei stele. [17] Cu toate acestea, simulările efectuate în 2005 la Universitatea din Washington arată că, chiar și în prezența Jupiterilor fierbinți, planetele terestre pot rămâne stabile pentru perioade lungi de timp. [23]

Un studiu din 2006 realizat de Milan Ćirković și colegii săi a extins noțiunea de zonă locuibilă galactică dependentă de timp analizând diferite evenimente catastrofale și evoluția variației seculare a dinamicii într-o galaxie. Articolul consideră că numărul de planete locuibile poate fluctua în timp datorită momentului imprevizibil al evenimentelor catastrofale, creând astfel un echilibru punctat în care planetele locuibile sunt mai probabil la un moment dat decât la altele. Pe baza rezultatelor simulărilor cu Monte Carlo pe un model de jucărie al Căii Lactee, echipa a constatat că numărul planetelor locuibile va crește probabil în timp, deși nu într-un model perfect liniar. [18]

Studiile ulterioare au revizuit vechiul concept al unei zone galactice locuibile ca inel. În 2008, un studiu realizat de Nikos Prantzos a sugerat că, deși probabilitatea ca o planetă să scape de sterilizarea de către o supernovă a fost cea mai mare la o distanță de aproximativ 10 kpc de centrul galactic, densitatea stelelor din interiorul galaxiei a fost locul în care un număr mai mare de planete locuibile ar putea fi găsite. [3] Cercetarea a fost confirmată într-o lucrare din 2011 de Michael Gowanlock, care a calculat frecvența planetelor care au supraviețuit supernovelor în funcție de distanța lor de centrul galactic, înălțimea lor față de planul galactic și vârsta lor, constatând că aproximativ 0,3 Procentul de stele din galaxie ar putea susține acum viața complexă sau 1,2% dacă nu luăm în considerare dificultatea dezvoltării vieții complexe pe planete în jurul piticilor roșii , datorită blocării mareelor planetelor lor. [1]

Critici

Ideea zonei galactice locuibile a fost criticată de Nikos Prantzos, pe baza faptului că parametrii sunt imposibil de definit chiar și aproximativ și, prin urmare, această zonă poate fi doar un instrument conceptual util pentru a permite o mai bună înțelegere a distribuției viaţă. Din aceste motive, Prantzos a sugerat că întreaga galaxie ar putea fi locuibilă, fără constrângeri la o anumită regiune în spațiu și timp. [3] El a adăugat în plus că stelele din brațele spirale ale galaxiei se pot deplasa de zeci de mii de ani lumină de pe orbitele lor originale, susținând astfel ideea că este posibil să nu existe o anumită zonă galactică locuibilă. [4] [5] [6] O simulare cu metoda Monte Carlo, îmbunătățind mecanismele utilizate de Ćirković în 2006, a fost efectuată în 2010 de Duncan Forgan de la Royal Observatory din Edinburgh . Datele colectate din experimente susțin ideea lui Prantzos că nu există o zonă galactică locuibilă bine definită, indicând posibilitatea sutelor de civilizații extraterestre în Calea Lactee. [24]

Notă

  1. ^ a b c MG Gowanlock și colab. , Un model de habitabilitate în galaxia Calea Lactee , în Astrobiologie , vol. 11, n. 9, 2011, pp. 855-73, DOI : 10.1089 / ast.2010.0555 , PMID 22059554 , arXiv : 1107.1286 .
  2. ^ Charles Q. Choi, Galaxii uriașe pot fi leagăne mai bune pentru planete habitabile , Space.com , 21 august 2015 .
  3. ^ a b c d Nikos Prantzos, Despre „Zona galactică habitabilă” , în Space Science Reviews] , vol. 135, 1-4, 2006, pp. 313-22, DOI : 10.1007 / s11214-007-9236-9 , arXiv : astro-ph / 0612316 .
  4. ^ a b Rok Roškar și colab. , Riding the Spiral Waves: Implications of Stellar Migration for the Properties of Galactic Disks , in The Astrophysical Journal , vol. 684, nr. 2, 2008, p. L79, DOI : 10.1086 / 592231 , arXiv : 0808.0206 .
  5. ^ a b Universitatea din Washington, Soare pentru imigranți: steaua noastră ar putea fi departe de locul unde a început în Calea Lactee , în Newswise , 15 septembrie 2008. Accesat la 15 septembrie 2008 .
  6. ^ a b c Battersby Stephen, plimbarea sălbatică a Pământului: Călătoria noastră prin Calea Lactee , în New Scientist , n. 2841, 30 noiembrie 2011.
  7. ^ (EN) James Kasting, How to Find a Habitable Planet, Princeton University Press , 2010, ISBN 0691138052 .
  8. ^ René Heller, John Armstrong, Superhabitable Worlds , în Astrobiology , vol. 14, n. 1, 2014, pp. 50-66, Bibcode : 2014AsBio..14 ... 50H , DOI : 10.1089 / ast.2013.1088 , PMID 24380533 , arXiv : 1401.2392 .
  9. ^ Su-Shu Huang, Regiuni care susțin viața în vecinătatea sistemelor binare , în Publicații ale Societății Astronomice din Pacific , vol. 72, nr. 425, aprilie 1960, pp. 106-114, DOI : 10.1086 / 127489 .
  10. ^ Guillermo Gonzalez, Donald Brownlee, Peter Ward, The Galactic Habitable Zone I. Galactic Chemical Evolution , 12 martie 2001
  11. ^ Charles H. Lineweaver, Yeshe Fenner și Brad K. Gibson, The Galactic Habitable Zone and the Age Distribution of Complex Life in the Milky Way , în Știință , vol. 303, n. 5654, ianuarie 2004, pp. 59-62, DOI : 10.1126 / science.1092322 . arΧiv : 0401024
  12. ^ JN Clarke, Inteligența extraterestră și activitatea nucleară galactică , în Icarus , vol. 46, nr. 1, 1981, pp. 94-96, Bibcode : 1981Icar ... 46 ... 94C , DOI : 10.1016 / 0019-1035 (81) 90078-6 .
  13. ^ Wallace H. Tucker, Astrophysical crisis in the evolution of life in the Galaxy , in Life in the Universe , Cambridge, The MIT Press, 1981, pp. 287-296, ISBN 9780262520621 .
  14. ^ SK Blair și colab. , Formaldehida în galaxia exterioară îndepărtată: Constrângerea limitei exterioare a zonei habitabile galactice , în Astrobiologie , vol. 8, nr. 1, 2008, pp. 59-73, DOI : 10.1089 / ast . 2007.0171 , PMID 18266563 .
  15. ^ Peter Ward și Donald Brownlee, Pământul rar: de ce viața complexă este mai puțin frecventă în univers , Springer, 2013, pp. 191-220, ISBN 9780387952895 .
  16. ^ a b c d e f Guillermo Gonzalez, Donald Brownlee, Peter Ward, https://arxiv.org/pdf/astro-ph/0103165.pdf ( PDF ), pe arxiv.org , martie 2001.
  17. ^ a b c d e f g CH Lineweaver și colab. , Zona galactică habitabilă și distribuția pe vârste a vieții complexe în Calea Lactee , în Știință , vol. 303, n. 5654, 2004, pp. 59-62, DOI : 10.1126 / science.1092322 , PMID 14704421 , arXiv : astro-ph / 0401024 .
  18. ^ a b B. Vukotic, MM Cirkovic, On the timescale forcing in astrobiology , in Serbian Astronomical Journal , vol. 175, nr. 175, 2007, p. 45, arXiv : 0712.1508 .
  19. ^ JI Collar, Clumpy Cold Dark Matter and extinctions biologice , în Physics Letters B , vol. 368, nr. 4, 1996, pp. 266-269, DOI : 10.1016 / 0370-2693 (95) 01469-1 , arXiv : astro-ph / 9512054 .
  20. ^ a b c Leslie Mullen, Galactic Habitable Zones , în NAI Features Archive , Nasa Astrobiology Institute, 18 mai 2001 (arhivat din original la 9 aprilie 2013) .
  21. ^ a b M. Sundin, Zona galactică locuibilă în galaxiile barrate , în International Journal of Astrobiology , vol. 5, nr. 4, 2006, p. 325, DOI : 10.1017 / S1473550406003065 .
  22. ^ Alexander A. Pavlov, Trecând printr-un nor molecular uriaș: glaciații „bulgăre de zăpadă” produse de praful interstelar , în Geophysical Research Letters , vol. 32, nr. 3, 2005, p. L03705, DOI : 10.1029 / 2004GL021890 .
  23. ^ Sean N. Raymond și colab. , Formarea și habitabilitatea planetelor terestre în prezența planetelor uriașe apropiate , în Icar , vol. 177, nr. 1, 2005, pp. 256-263, DOI : 10.1016 / j.icarus.2005.03.008 , arXiv : astro-ph / 0407620 .
  24. ^ DH Forgan, Un banc de testare numeric pentru ipoteze ale vieții și inteligenței extraterestre , în International Journal of Astrobiology , vol. 8, nr. 2, 2009, p. 121, DOI : 10.1017 / S1473550408004321 , arXiv : 0810.2222 .

Elemente conexe

Astronomie Portalul astronomiei : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de astronomie și astrofizică
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Abitable_galactic_zone&oldid=122042029 ”