當恆星變成紅巨星時,生命還有可能存在嗎?

7月28日消息,如果我們在圍繞白矮星運行的行星上發現生命,那麼生命一定是在恆星度過了紅巨星階段、變成恆星殘骸白矮星之後才出現的。為什麼這麼說呢?因為恆星從紅巨星過渡到白矮星階段時產生的強大恆星風會造成巨大傷害。

我們的太陽,終有一天也會迎來這一時刻。太陽,大約將在50億年後膨脹為紅巨星,最終變成一顆地球大小的緻密白矮星。我們一直在猜測,生命是否可以在這一恆星演化階段中倖存,但最新研究所得出的結論是:生命幾乎不可能在這個階段倖存下來。

眾所周知,地球受到磁層的保護。磁層的磁場線可以轉移有害粒子,進而阻止大氣層損耗。你可能會認為,在遙遠的未來,對於那些有磁層保護的行星(例如,火星則沒有磁層保護),磁層也可以減少大氣層的損耗。但實際情況是,演化中的恆星產生的恆星風,要比當下太陽的恆星風強烈許多。研究的作者模擬了來自不同質量范圍的11顆不同類型恆星的恆星風。他們發現:

「模擬結果顯示,在巨星分支演化過程中的某個時刻,外木星類似天體將恰好達到維持磁層頂的闕值。但是,在整個巨星分支演化階段,天體需要更強大的磁場才能維持住任何磁層頂。對於地球和任何潛在的宜居行星,此前磁層帶來的任何保護都將消失。這種保護的消失,再加上軌道膨脹和不同的恆星光度,這一切都說明,在恆星演化的巨星分支階段,生命的存續將受到挑戰。」

那麼,生命是否可以在巨型氣態行星的衛星的冰殼下面躲過一劫呢?可能性也不大。一個能維持液態水的宜居帶將從距離太陽約1.5億公里處向外移動到60億公里處,甚至超越了海王星的軌道。在這個階段,行星可以遷移,但宜居帶向外移動的速度要比行星的更快,這可能是一個致命威脅。因此,以白矮星為中心的生命,需要從頭開始進化。

當恆星變成紅巨星時,生命還有可能存在嗎?

示意圖:太陽(左)噴射出的物質和地球(右)磁層之間的相互作用。但太陽演化為一顆紅巨星時,地球可能會被太陽的大氣層吞噬。又因為此時太陽的恆星風是如此地不穩定,巨大外行星的磁層即便更強大,也會被剝離。

因此,在這一個恆星演化階段,宜居帶的向外遷移和磁層的難以維持,將導致任何環境寸草不生。研究模型還表明,在強大的恆星風和倖存行星的軌道不斷擴大的雙重作用下,磁層會隨著時間的流逝,先縮小再擴大。所以,在紅巨星變成白矮星的整個過程中,只有比木星磁場還強100倍的磁場,才能維持一個穩定的磁層。

那接下來呢?白矮星不會產生恆星風,所以,威脅消失了。我們在白矮星周圍發現的任何生命,毫無疑問,都是在白矮星階段發展起來的。如果真的存在這樣的生命,我們或許可以在未來的太空探索任務中,檢測到它們的生物標記。要知道,白矮星不過地球一般大小,而當一顆行星凌白矮星時,行星會產生巨大的陰影,似乎能夠成為透射光譜的理想目標,即我們可以在恆星光芒穿過行星大氣層時,分析行星的大氣層成分。

我們知道的大多數系外行星都圍繞主序星運行。但我們也已知約有100顆繞紅巨星運行的系外行星,以及我們還發現了至少四顆繞白矮星運行的系外行星。這些行星是恆星演化的倖存者,因此可用作跟蹤其所在恆星系壽命的基準,其中有兩顆白矮星行星十分接近其恆星系的宜居帶,也就是說在這樣的軌道中可能存在一顆地球大小的行星。

這些例子表明,巨行星可以非常地接近宜居帶。白矮星的宜居帶離該恆星十分近,因為跟太陽這類恆星相比,白矮星發出的光芒更少。但白矮星又是十分穩定的恆星,因為它們沒有恆星風。一顆停留在白矮星宜居帶范圍內的行星可以在那里安穩度過十億年,只要條件合適,生命將有足夠的時間去進化。

來源:cnBeta