Planeta koja je kandidat za naseljavanje bez sumnje će na njoj doživjeti katastrofe i događaje izumiranja. Ako život želi opstati i napredovati u nekom svijetu, on mora imati ispravne unutrašnje i okolne uvjete kako bi omogućio da bude takav. (NASA GODDARD PROSTORNI LETNI CENTAR)

Kako je izgledalo kad su se formirali prvi naseljeni planeti?

Prvi planeti bili su samo plin. Druga je uključivala stjenovite, ali život nije bio moguć. Evo kako smo napokon stigli.

Ovdje danas u Svemiru potencijalno obitavajuće planete su praktički posvuda. Zemlja bi mogla biti predložak za koji smatramo da je useljiv, ali mi možemo zamisliti širok raspon okolnosti koje su vrlo različite od naših vlastitih, a koje bi mogle dugoročno podržavati život.

S vremenom stižemo do formiranja Zemlje, međutim, prošlo je više od 9 milijardi godina od kada se dogodio Veliki prasak. Bilo je nerazumno pretpostaviti da je svemir zahtijevao svo to vrijeme da stvori potrebne uvjete za stanovanje. Kad pogledamo recept za život, oni mogu nastati mnogo ranije. Sastojci za život dio su zagonetke, ali to nisu cijela priča. Moramo ići dublje kako bismo oblikovali planetu koja živi.

Neki atomi i molekule pronađeni su u svemiru u magellanskom oblaku, kako je to pokazao Spitkov svemirski teleskop. Stvaranje teških elemenata, organskih molekula, vode i stjenovitih planeta svi su bili potrebni da bismo imali čak i šansu za nastanak. (NASA / JPL-CALTECH / T. PYLE (SSC / CALTECH))

Prvo što trebate je pravi tip zvijezde. Mogli bi postojati razni scenariji u kojima planet može preživjeti oko aktivne, nasilne zvijezde i ostati useljiv unatoč neprijateljstvu. Zvijezde crvenih patuljaka, poput Proxime Centauri, mogu emitirati baklje i riskirati da oduzmu atmosferu potencijalno naseljenih planeta, ali nema razloga da je magnetsko polje, gusta atmosfera i život dovoljno pametan da traži utočište tijekom tako intenzivnog događaja možda bi se svi mogli kombinirati kako bi takav svijet mogli stalno upotrebljavati.

Ali ako je vaša zvijezda prekratka, život je nemoguća. Prva generacija zvijezda, poznata kao Zvjezdane populacije III, propada na ovaj račun. Zvijezde trebaju da sadrže barem neke metale (teške elemente izvan helija) ili oni neće živjeti dovoljno dugo da bi planet mogao postati gostoljubiv u životu, što nas već postavlja oko 250 milijuna godina nakon Velikog praska.

Prve zvijezde i galaksije u Svemiru bit će okružene neutralnim atomima (uglavnom) plinova vodika koji apsorbira zvjezdanu svjetlost. Velika masa i visoke temperature tih ranih zvijezda pomažu ionizirati Svemir, ali bez teških elemenata život i potencijalno naseljeni planeti krajnje su nemogući. (NIKOLE RAGER FULLER / NATIONAL FONDATION SCIENCE)

Pod pretpostavkom da možemo formirati zvijezde dovoljno male mase koje mogu nastaviti sagorijevati milijarde godina, sljedeći sastojak koji nam treba je pravi tip planeta. Koliko mi razumijemo život, to znači da svijetu treba:

  • energetski gradijent, gdje ima neujednačen unos energije,
  • sposobnost održavanja dostatne atmosfere,
  • tekuća voda u nekom obliku na površini,
  • i prave sirove sastojke tako da život, s obzirom na ispravnu splet okolnosti, može preživjeti i napredovati.

Stjenovita planeta dovoljno velike veličine, koja se formira s pravom atmosferskom gustoćom i orbitira svojim svijetom na pravoj udaljenosti, ima šansu. S obzirom na sve planete koji bi se mogli formirati oko nove zvijezde i astronomski broj zvijezda formiranih u svakoj galaksiji, ova su prva tri uvjeta lako ispuniti.

30 protoplanetarnih diskova, ili propleda, kako ih je Hubble slikao u magli Orion. Formiranje zvijezde sa stjenovitim planetima oko njih je relativno jednostavno, ali formiranje jedne s uvjetima sličnim Zemlji na suptilne, ali važne načine, daleko je izazovniji. (NASA / ESA i L. RICCI (ESO))

Orbita oko zvijezde osigurat će energetski gradijent, poput orbite planete s velikim mjesecom ili jednostavno biti geološki aktivni. Bilo da se radi o solarnom unosu ili hidrotermalnoj / geotermalnoj aktivnosti, nejednolik unos energije je jednostavan. Uz dovoljno elemenata ugljika, vodika, dušika, kisika i nekoliko drugih, snažna atmosfera omogućit će tekuću vodu na površini. Planeti s ovim uvjetima trebali bi postojati u vrijeme kad je Svemir star tek 300 milijuna godina.

Ilustracija protoplanetarnog diska, gdje se planete i planeteimisali formiraju prvi, stvarajući

No, ključna prepreka koju se ovdje mora svladati jest imati dovoljno ovih težih elemenata koji su bitni za život kakav znamo - što znamo na periodičnoj tablici. A to zahtijeva više vremena nego što je potrebno da bismo napravili stjenovite planete s pravim fizičkim uvjetima.

Razlog zašto su vam ovi elementi potrebni za omogućavanje pravih biokemijskih reakcija koje su nam potrebne da bismo imali životne procese. Na mjestima na periferiji velikih galaksija možda će trebati više milijardi godina da dovoljno generacija zvijezda živi i umre da bi se uspjelo do tog potrebnog obilja.

Veza između mjesta gdje se nalaze zvijezde u Mliječnom putu i njihove metalnosti, ili prisutnosti teških elemenata. Zvijezde unutar otprilike 3000 svjetlosnih godina od središnjeg diska Mliječnog Puta, na udaljenosti od nekoliko desetaka tisuća svjetlosnih godina, imaju izuzetno teške elemente poput Sunčevog sustava. Ali ranije u povijesti svemira, morate se približiti galaktičkom središtu spiralne galaksije ili na pravim mjestima priljeva visokorazvijenog eliptičara da biste pronašli takve razine teških elemenata. (ZELJKO IVEZIC / UNIVERZITET WASHINGTON / SDSS-II SURADNJA)

Ali u srcima galaksija, gdje se formiranje zvijezda događa često, neprekidno, i od recikliranih ostataka prethodnih generacija spajanja supernova, planetarnih maglina i neutronskih zvijezda, to obilje može brzo narasti. Čak i u našoj vlastitoj galaksiji, globularni klaster Messier 69 dobija sve do 22% sadržaja teških elemenata našeg Sunca u vrijeme kada je Svemir star tek 700 milijuna godina.

Globularna nakupina Messier 69 izrazito je neobična jer oboje imaju nevjerojatno starost, samo 5% sadašnje dobi svemira, ali i imaju vrlo visok metalni sadržaj, 22% metalnosti našeg Sunca. (ARHIV HUBBLE LEGACY (NASA / ESA / STSCI), VIA HST / WIKIMEDIA COMMONS US FABIAN RRRR)

Galaktičko središte, međutim, relativno je teško mjesto za koje se planet može prihvatiti izvan razumne sumnje. Bez obzira na to gdje imate zvijezde koje se neprestano formiraju, imate spektakularni potop kozmičkog vatrometa. Izbijanja gama zraka, supernove, stvaranje crnih rupa, kvazari i molekularni oblaci koji se urušavaju stvaraju okruženje koje je u najboljem slučaju opasno za život i održavanje.

Da bismo imali okruženje u kojem s pouzdanjem možemo tvrditi da se život rađa i održava sam, potreban nam je da se ovaj proces naglo prekine. Trebamo nešto čime bismo zaustavili stvaranje zvijezda, što zauzvrat stavlja kiboš na aktivnost koja u svijetu najviše prijeti naseljenosti. Zbog toga najranije, najnaprednije naseljene planete možda nisu u galaksiji poput naše, već u galaksiji crvenih i mrtvih koja je prestala formirati zvijezde prije milijarde godina.

Klasteri galaksija, poput Abel 1689, najveće su svezane strukture u Svemiru. Na primjer, kad se spirale spoje, formira se veliki broj novih zvijezda, ali nakon spajanja ili ubrzavanjem unutar unutar-nakupinskog medija, plin se može oduzeti, što dovodi do kraja stvaranja zvijezda. (NASA, ESA, E. JULLO (LABORATORIJA JET PROPULSION), P. NATARAJAN (YALE UNIVERSITY) i J.-P. KNEIB (LABORATOIRE D'ASTROPHYSIQUE DE MARSEILLE, CNRS, FRANCUSKA)

Kada danas pogledamo galaksije, oko 99,9% njih još uvijek ima populacije plina i prašine u njima, što će dovesti do novih generacija zvijezda i stalnog, neprekidnog formiranja zvijezda. Ali oko 1 u-1000 galaksija prestalo je formirati nove zvijezde prije nekih 10 milijardi godina ili više. Kad im je ponestalo vanjskog goriva, što bi se moglo dogoditi nakon katastrofalnog velikog galaktičkog spajanja, stvaranje zvijezda naglo prestaje. Bez formiranja novih zvijezda, masivniji, plaviji jednostavno završavaju svoj život kad im ponestane goriva, a hladnije, crvene zvijezde ostaju jedini preživjeli. Te su galaksije danas poznate kao "crvene i mrtve" galaksije, jer su sve njihove zvijezde stabilne, stare i ne ometaju nasilje koje donosi nova zvijezda.

Jedna od njih, galaksija NGC 1277, može se naći čak i u našem relativnom kozmičkom dvorištu.

Galaksija crvenih i mrtvih NGC 1277 nalazi se unutar grozda Perseus. Dok ostale galaksije sadrže mješavinu crveno-plavih zvijezda, ova galaksija nije formirala nove zvijezde u približno 10 milijardi godina (NASA, ESA, M. BEASLEY (INSTITUTO DE ASTROFÍSICA DE CANARIAS) i P. KEHUSMAA)

Recept za nastanjivu planetu, najranije, mogao bi biti

  • formiraju zvijezde brzo,
  • iznova i iznova,
  • u vrlo gustom području velike galaksije,
  • nakon čega slijedi veliko spajanje,
  • što je rezultiralo velikim eksplozijama zvijezda,
  • nakon čega slijedi iznenadni kraj formiranja zvijezda koji traje u nedogled.

Ovo bi nas moglo odvesti do zvijezda i planeta s obiljem teških elemenata nalik Suncu u nešto više od milijardu godina, gdje nastajanje zvijezda vremenom završava, a svemir je samo nijansa mlađa od dvije milijarde godina.

Arp 116, kojim dominira gigantski eliptični Messier 60. Bez velike populacije plina za stvaranje novih zvijezda, zvijezde koje već postoje u galaksiji na kraju će izgorjeti, ostavljajući za sobom ne mnogo onoga što može osvijetliti nebo. Metalne bogate eliptične galaksije kojima je najbrže ponestalo goriva možda su najbolja mjesta za potragu za prvim obitavajućim planetima koji će se pojaviti u Svemiru. (NASA / ESA HUBBLE PROSTORSKI TELESKOP)

To je izuzetno brza, optimistična procjena, ali danas u Svemiru postoji oko dva trilijuna galaksija, pa će sigurno postojati i galaksije koje su kosmička neobičnost i takvi statistički izdaci. Ostaje jedino pitanje obilja, vjerojatnosti i vremenskog rasporeda. Život se može stvoriti u Svemiru prije nego što se dosegne prag od milijardu godina, ali održivi, ​​stalno useljivi svijet mnogo je veće dostignuće od života koji samo nastaje.

Do vremena kada je Svemir stari nijansu od dvije milijarde godina - samo 13-14% svoje trenutne starosti - u njemu bismo trebali imati galaksije sa zvijezdama sličnim Suncu, planetima sličnim Zemlji i ništa što bi spriječilo život da nastane ili održi. Sastojci za život trebali bi biti tamo. Uvjeti za život - kao što znamo - tamo bi trebali biti. Jedini preostali korak je onaj koji sama znanost još ne zna kako poduzeti: od pravih uvjeta i sastojaka za život do stvarnih, živih organizama.

Daljnje čitanje o tome kako je izgledao Svemir kada:

  • Kako je bilo kada se svemir napuhavao?
  • Kako je bilo kad je prvi puk počeo?
  • Kako je bilo kad je svemir bio u najtoplijem trenutku?
  • Kako je bilo kad je svemir stvorio više materije nego antimaterije?
  • Kako je bilo kad je Higgs dao misu Svemiru?
  • Kako je bilo kad smo prvi put pravili protone i neutrone?
  • Kako je bilo kad smo izgubili posljednju antimateriju?
  • Kako je bilo kad je Svemir napravio svoje prve elemente?
  • Kako je bilo kad je Svemir prvi put stvorio atome?
  • Kako je bilo kad u Svemiru nije bilo zvijezda?
  • Kako je bilo kad su prve zvijezde počele osvjetljavati Svemir?
  • Kako je bilo kad su umrle prve zvijezde?
  • Kako je bilo kad je Svemir napravio drugu zvijezdu?
  • Kako je bilo kad je Svemir napravio prve galaksije?
  • Što je bilo kad je zvijezda prvi put probila neutralne atome Svemira?
  • Kako je bilo kad su se formirale prve supermasivne crne rupe?
  • Kako je bilo kad je život u Svemiru prvi put postao moguć?
  • Kako je bilo kad su galaksije tvorile najveći broj zvijezda?

Starts With A Bang je sada na Forbesu, a objavljen je na Mediumu zahvaljujući našim pristalicama Patreona. Ethan je autor dvije knjige, Beyond The Galaxy i Treknology: The Science of Star Trek od Tricorders do Warp Drive-a.