白矮星周圍的生命契機,科學家:這裡的行星很有希望孕育生命

根據科學家們的觀測,銀河系內有3%的恆星都是白矮星。而從理論上分析和推算,白矮星的比例可能佔到了宇宙恆星整體的10%。作為恆星的殘骸,白矮星在宇宙中的數量相當可觀。

當一顆恆星燃盡了自己所有的燃料後,它就會進入生命的末期。根據錢德拉塞卡的計算,當這顆恆星核心的質量不到3×10^30公斤,即太陽質量的1.44倍時,它就會變成一顆白矮星。白矮星不再進行核聚變,它會逐漸熄滅、冷卻,最終沉寂。

白矮星周圍的生命契機,科學家:這裡的行星很有希望孕育生命

通常我們認為,恆星的死亡,意味著它所統治的系統也會全部跟著滅亡。但是,康奈爾大學卡爾·薩根研究所的博士生西婭·科扎基斯(Thea Kozakis)最近在《天體物理學雜誌通訊》上發文指出:這種死亡天體對於宇宙中的生命來說,或許反而是天堂。

雖然這個說法聽起來那麼驚人,但她也給出了自己的理由:雖然白矮星停止了核聚變,但它依然在向外釋放著光芒,這是它在主序星階段儲存的巨大能量。這些能量足以讓它在長達幾十億年的時間裡給周圍的行星提供合適的溫度與光照,也就為生命的出現提供了契機。

她之所以提出這個觀點,源自於近些年來科學家對白矮星觀測的大量突破性進展。2015年,一支科學團隊發現至少有一顆正在解體的行星圍繞著白矮星運行。2019年,英國沃裡克大學天文學家首次發現行星繞著白矮星運行的證據。接下來又有人提出理論:我們能觀測到的系外巨行星中有1/10000是繞白矮星運行的。

白矮星周圍的生命契機,科學家:這裡的行星很有希望孕育生命

(圖片說明:沃裡克大學天文學家於2019年在一顆白矮星周圍發現氣體圓盤,推測是一顆被撕碎的行星)

可以想象,我們未來將會發現越來越多的繞白矮星行星,雖然曾經我們認為它們都會在超新星爆發過程中被摧毀。既然有行星,那就有希望,其中就有可能存在類地行星。因此,Kozakis才會把注意力放在這裡,希望能夠在這些繞白矮星的類地行星中找到地外生命的可能。

卡爾·薩根研究所所長麗莎·卡爾滕尼格(Lisa Kaltenegger)表示:“白矮星周圍的岩石行星會是有趣的候選者,因為它們的宿主恆星和地球這樣的行星差不多大。”

"我們希望能夠發現它們的凌日現象,"Kozakis說,"如果我們觀測到了,科學家們就可以確定它的大氣層中有什麼,再參考這篇論文,將其與光譜指紋相匹配,尋找生命跡象。"

白矮星周圍的生命契機,科學家:這裡的行星很有希望孕育生命

(圖片說明:Kozakis等人隨論文發佈了六種光譜,可以幫助科學家對比確定白矮星附近的行星大氣中有哪些元素或者物質。)

因此,她建議未來的望遠鏡,應該考慮到這方面的研究,打造專門觀測白矮星及其周圍系統的設備,看看那裡到底會發生什麼。

觀測白矮星周圍的行星對於科學家來說,難度會比主序星低一點。主序星通常釋放著驚人的耀眼光芒,會把它周圍的行星淹沒,導致我們難以觀測;白矮星不同,它沒有那麼亮,而且由於物質高度密集,體積也非常小,不會對我們觀測行星造成太多幹擾。

當然,白矮星的小體型也帶來了另一個觀測難題:凌日。我們現在發現或觀測系外行星,很多情況下同時通過凌日法觀測,也就是在行星運行到地球和宿主恆星之間時,通過宿主恆星微弱的光度變化進行觀測。但是,白矮星的體積通常還沒有行星大,所以它周圍的行星要非常巧合才能恰好運行到它和地球之間,也就是說,地球要恰好位於這顆行星的軌道平面上才能利用凌日法來觀測。

白矮星周圍的生命契機,科學家:這裡的行星很有希望孕育生命

在這篇文章中,Kozakis等人將重點放在了給未來望遠鏡提出觀測白矮星的指南。"發佈這種指南可以讓觀測者知道自己該尋找什麼。"她說。

我們知道,白矮星既然不再進行核聚變反應,那麼它殘存的能量終究會“坐吃山空”,最終沉寂為一顆黑矮星,完全不發光。因此,Kozakis在三種溫度條件下建立自己的光譜指南,旨在幫助未來的科學家針對不同溫度的白矮星進行更精確的觀測。

即便如此,觀測的難度仍然是非常大的。Kozakis的文章重點研究的是甲烷、氧化亞氮(俗稱笑氣)和臭氧等生物信號,但是這些化學物質又容易被誤判。即便如此,Kozakis相信自己的研究可以"擴大了科學數據庫,用於尋找系外行星上的生命光譜記號"。

但是在另一方面,對於白矮星周圍到底有沒有可能孕育生命,很多人還是持懷疑態度的。

白矮星周圍的生命契機,科學家:這裡的行星很有希望孕育生命

(圖片說明:緻密天體白矮星,雖然擁有著和太陽相當的質量,體積卻可能比地球還小)

我們知道,一顆恆星在進入演化末期的時候,會膨脹為紅巨星。以太陽為例,它變成紅巨星的時候,外殼甚至可以把火星都包裹進去。據我們所知,沒有任何生命能夠承受住這樣的傷害。至少在紅巨星階段,這個星系將會重新“洗牌”。

那麼,當它結束了膨脹和超新星爆發,是否有機會來一次“重啟”,從頭開始孕育生命呢?畢竟白矮星可以持續的時間非常久,足夠讓一顆星球重新來過。

除此之外,科學家們還有一個疑問:當恆星變成紅巨星開始膨脹的時候,它周圍的行星會留在原地坐以待斃,還是自覺遠離,躲避災難呢?或者說,在恆星膨脹的動力下,行星是否也會因此被“吹”到遠處呢?如果是這樣的話,那麼這顆行星上的生命或許不必面臨滅亡的命運,並且在恆星變成白矮星後繼續長期存活下去。

白矮星周圍的生命契機,科學家:這裡的行星很有希望孕育生命

(圖片說明:白矮星假想圖,殘留的行星被撕成碎片環繞在白矮星周圍)

沒有人知道這些問題的答案,不過這有可能成為科學家們下一階段的研究重點。

正如Kaltenegger說的那樣:"如果我們在死亡已久的恆星的光照下運行的行星上尋找生命的跡象,下一個耐人尋味的問題是,生命是在恆星死亡後存活下來,還是重新開始呢?”


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