این سوال که آیا ستارگان کوتوله قرمز می توانند سیارات قابل سکونت را پشتیبانی کنند یا نه، برای دهه ها مورد بحث بوده است. با انفجار اکتشافات سیارات فراخورشیدی در دو دهه گذشته، این بحث اهمیت بیشتری پیدا کرده است. برای شروع، ستارگان نوع M (کوتوله قرمز) رایج ترین در جهان هستند و ۷۵ درصد از ستاره های کهکشان ما را تشکیل می دهند. علاوه بر این، بررسیهای سیارات فراخورشیدی نشان میدهد که کوتولههای قرمز بهویژه در شکلگیری سیارات سنگی مانند زمین که در محدوده مناطق قابل سکونت دور خورشیدی (CHZs) میچرخند، خوب هستند.
متأسفانه، مجموعه قابل توجهی از تحقیقات نشان داده است که سیاراتی که به دور خورشیدهای کوتوله قرمز می چرخند، در معرض فعالیت های شعله ور زیادی خواهند بود – از جمله برخی از آنها که به قدری قدرتمند هستند که به آنها ‘Superflare’ می گویند. در مطالعه اخیر به رهبری دانشگاه هاوایی، تیمی از اخترفیزیکدانان نشان دادند که ستارگان کوتوله قرمز می توانند شعله های ستاره ای با تابش ماوراء بنفش بسیار دورتر از آنچه قبلاً انتظار می رفت تولید کنند. یافته های آنها می تواند پیامدهای شدیدی برای مطالعات سیارات فراخورشیدی و جستجوی حیات فرازمینی در سیارات سنگی مجاور داشته باشد.
این مطالعه توسط ورا ال برگر، محقق چرچیل و محقق دانشجوی فارغ التحصیل در حال حاضر در آزمایشگاه کاوندیش دانشگاه کمبریج، که قبلا با مؤسسه نجوم دانشگاه هاوایی (UHIfA) بود، انجام شد. همکارانی از UHIfA، مرکز کیهانشناسی و فیزیک ذرات اختر (CCAP) در دانشگاه ایالتی اوهایو، و موسسه ستارهشناسی سیدنی (SIfA) به او پیوستند. یافتههای آنها در مقالهای با عنوان «شعلههای ستارهای نورانی بسیار فرابنفش هستند» که اخیراً در ماهنامه انجمن سلطنتی نجوم منتشر شده است، منتشر شد.
در سال های اخیر، بحث در مورد قابلیت سکونت کوتوله قرمز بر دو حوزه اصلی متمرکز شده است: قفل شدن جزر و مد و فعالیت شعله ور. اولی از این واقعیت ناشی می شود که سیارات سنگی که به دور CMZ یک ستاره کوتوله قرمز می چرخند به اندازه ای نزدیک هستند که چرخش آنها کاملاً با مدار آنها هماهنگ است، به این معنی که یک طرف دائماً رو به ستاره است. این همچنین به این معنی است که سمت رو به خورشید در معرض شعله های خورشیدی قدرتمندی قرار می گیرد که بسیار با ستارگان نوع M سردتر و کم جرم هستند. در گذشته، تحقیقات نشان داده است که سیاره ای که در معرض این فعالیت شعله ور قدرتمند قرار می گیرد، احتمالاً از جو خود خارج می شود.
با این حال، تحقیقات دیگر نشان داده است که سیارات دارای میدان مغناطیسی و جوی به اندازه کافی متراکم هنوز هم می توانند حیات را پشتیبانی کنند. علاوه بر این، تحقیقات اخیر نشان داده است که کوتولههای قرمز قویترین شرارههای خود را (معروف به ‘superflares’) از قطبهای خود ساطع میکنند و در نتیجه سیاراتی را که به دور آنها میچرخند، در امان میمانند. برگر و تیمش برای مطالعه خود از داده های آرشیوی کاوشگر تکامل کهکشان ناسا (GALEX) استفاده کردند – یک تلسکوپ فضایی UV که در سال ۲۰۱۳ از رده خارج شد. تیم با استفاده از تکنیک های محاسباتی جدید، این داده ها را برای شواهدی از شعله های ۳۰۰۰۰۰ ستاره مجاور جستجو کرد.
به طور کلی، آنها ۱۸۲ شعله را از ۱۵۸ ستاره در حدود ۳۲۶ سال نوری (۱۰۰ پارسک) از خورشید در طول موج های نزدیک به فرابنفش (NUV) و فرابنفش دور (FUV) شناسایی کردند. این نتایج مدلهای موجود از شرارههای ستارهای و قابلیت سکونت در سیارههای فراخورشیدی را به چالش میکشد، که پیشبینی میکند که شرارهها NUV بیشتری نسبت به FUV تولید میکنند. با این حال، مشاهدات آنها نشان داد که توزیع تشعشعات FUV سه برابر پرانرژی تر (به طور متوسط) و تا دوازده برابر آن چیزی است که مدل های فعلی پیش بینی می کنند. همانطور که برگین در یک بیانیه مطبوعاتی اخیر UH توضیح داد:
تصور میشود که تعداد کمی از ستارهها از طریق شرارهها، تشعشعات UV کافی تولید میکنند تا بر قابلیت سکونت سیاره تأثیر بگذارند. یافتههای ما نشان میدهد که ستارگان بیشتری ممکن است این قابلیت را داشته باشند. کار ما نیاز به کاوش بیشتر در مورد اثرات شعلههای ستارهای در محیطهای فراسیارهای را مورد توجه قرار میدهد. استفاده از تلسکوپ های فضایی برای به دست آوردن طیف UV ستاره ها برای درک بهتر منشأ این انتشار بسیار مهم است.
بر روی زمین، پرتوهای فرابنفش برای توسعه حیات آنگونه که ما می شناسیم، حیاتی بوده است. در حالی که اشعه ماوراء بنفش نزدیک (UV-A، ۴۰۰ نانومتر تا ۳۰۰ نانومتر) نقش اساسی در تشکیل ویتامین D توسط پوست دارد، قرار گرفتن در معرض طولانی مدت می تواند منجر به آفتاب سوختگی، افزایش خطر ملانوم و آب مروارید شود. UV با طول موج متوسط (UV-B، ۳۰۰ تا ۲۰۰ نانومتر) میتواند باعث آسیب در سطح مولکولی شود و بر اسید دئوکسی ریبونوکلئیک (DNA) که بلوکهای سازنده حیات است، تأثیر بگذارد. به لطف میدان مغناطیسی زمین و جو متراکم، نور UV بسیار کمی زیر ۲۹۰ نانومتر به سطح می رسد.
با این حال، همانطور که این تیم در مطالعه خود نشان میدهد، قرار گرفتن در معرض فرابنفش دور (از ۲۰۰ نانومتر تا ۱۰ نانومتر) تولید شده توسط شعلههای ستارهای میتواند به شدت بر قابلیت سکونت سیاره تأثیر بگذارد، از فرسایش جو سیاره گرفته تا تهدید تشکیل بلوکهای سازنده RNA. بنجامین جی شاپی از دانشگاه هاوایی، یکی از نویسندگان این مقاله، میگوید: «تغییر سه برابری با تفاوت اشعه ماوراء بنفش در تابستان از آنکوریج، آلاسکا تا هونولولو، که در آن پوست محافظت نشده میتواند در کمتر از ۱۰ دقیقه دچار آفتابسوختگی شود، یکسان است.»
در حالی که علت دقیق انتشار این FUV قویتر مشخص نیست، تیم بر این باور است که تشعشعات شعلهور میتواند در طول موجهای خاصی متمرکز شود، احتمالاً به دلیل عناصری مانند کربن و نیتروژن در ترکیب ستاره. آنها تاکید می کنند که برای تعیین منبع این انتشارات و به دست آوردن درک بهتری از درخشندگی UV کوتوله قرمز به داده های بیشتری نیاز است. این یافتهها میتواند نشان دهد که بیشتر ستارگان کهکشان ما نمیتوانند از حیات پشتیبانی کنند (همانطور که ما میشناسیم)، که میتواند پیامدهای شدیدی برای اختر زیستشناسی داشته باشد و حتی ممکن است پاسخی ممکن به پارادوکس فرمی باشد!
مطالعه بیشتر: دانشگاه هاوایی، MNRAS
