این ستارهها به فورانهای بسیار پرشمار و پرانرژی خود شهرت دارند و همین موضوع یک چالش جدی ایجاد میکند. کوتولههای سرخ آنقدر کوچک هستند که کمربند قابلسکونت آنها بسیار نزدیک به خود ستاره قرار دارد؛ در نتیجه، هر سیارهای که بالقوه بتواند زیستپذیر باشد، عملاً در خط مقدم تمام این فورانهای خطرناک قرار میگیرد.
اخترشناسان سالهاست که تلاش میکنند این مسئله را بهتر درک کنند، اما هنوز اجماع روشنی در این زمینه وجود ندارد. اهمیت این موضوع از آنجا ناشی میشود که تا حدود ۷۰ درصد ستارگان کهکشان راه شیری کوتولههای سرخ هستند و میدانیم که بسیاری از آنها میزبان سیارههای سنگیاند. برخی پژوهشها نشان میدهند که سیارههایی هماندازه زمین، فراوانترین نوع سیارههایی هستند که به دور این ستارهها میچرخند.
البته کوتولههای سرخ تنها ستارگانی نیستند که دچار فوران میشوند. ستارههایی شبیه خورشید نیز چنین رفتاری دارند؛ موضوعی که هر کسی اخبار اخترشناسی را دنبال کند، با آن آشناست.
دوران کنونی اخترشناسی با توسعه تلسکوپهایی هرچه قدرتمندتر و پیشرفتهتر، چه در فضا و چه روی زمین، شناخته میشود. مطالعه زیستپذیری سیارههای فراخورشیدی یکی از انگیزههای اصلی ساخت بسیاری — اگر نگوییم همه — این تلسکوپهاست. برخی از آنها حتی بهطور اختصاصی برای یافتن و بررسی سیارههای بالقوه زیستپذیر طراحی شدهاند. برای نمونه، تلسکوپ فضایی PLATO متعلق به آژانس فضایی اروپا (ESA) با هدف کشف و بررسی سیارههای سنگی در کمربندهای قابلسکونت ساخته شده و قرار است در همین سال پرتاب شود.
اما در کنار افزایش تعداد نمونهها و شناخت بهتر سیارههای فراخورشیدی، اخترشناسان به درک عمیقتری از فورانهای ستارهای — و بهویژه فورانهای کوتولههای سرخ — نیاز دارند. یک گزارش علمی جدید (White Paper) که به ابتکار «گسترش افقها»ی رصدخانه جنوبی اروپا (ESO) ارائه شده، نشان میدهد پژوهشگران چگونه میتوانند فهم بهتری از پدیده فورانهای ستارهای بهدست آورند. عنوان این گزارش «زیستپذیری سیارههای فراخورشیدیِ در مدار ستارگان فورانگر» است و نویسنده اول آن ربکا سابو از مؤسسه اخترشناسی آکادمی علوم جمهوری چک است.
در سالهای ابتدایی پژوهشهای مربوط به سیارههای فراخورشیدی، اخترشناسان سیارههای بسیاری شبیه زمین را در کمربندهای قابلسکونت ستارگان شناسایی کردند. در ابتدا، توجه آنها به کوتولههای سرخی جلب شد که میزبان چنین سیارههایی بودند، زیرا این ستارهها آهستهتر تکامل مییابند و در نتیجه، کمربندهای قابلسکونت پایدارتر و طولانیتری دارند. اما بهمرور زمان روشن شد که این ستارهها فعالیت شدیدی دارند و دچار فورانهای فراوان و پرتاب جرم تاجی (CME) میشوند. این موضوع مشکلساز است، زیرا بخش بزرگی از سیارههای بالقوه زیستپذیر شناختهشده به دور همین ستارگان میچرخند.
اعتبار تصویر: ناسا / JPL-کلتک.
نویسندگان مقاله مینویسند: «تا اواخر سال ۲۰۲۵، حدود ۷۰ سیاره فراخورشیدی وجود دارد که معیار رسمی دمای تعادلی مناسب برای وجود آب مایع را برآورده میکنند و حدود ۵۰ مورد از آنها به دور ستارگان نوع M میچرخند؛ ستارگانی که به فعالیت شدید کروموسفری خود مشهورند.» فعالیت شدید کروموسفری شامل فورانها و پرتاب جرم تاجی است؛ پدیدههایی که میتوانند جو سیارهها را — که برای زیستپذیری ضروری است — بهتدریج از بین ببرند. آنها توضیح میدهند: «آزاد شدن انرژی در یک فوران معمولی همواره با گسیل تابش الکترومغناطیسی در ناحیه فرابنفش شدید (EUV) و پرتو ایکس همراه است و معمولاً با فوران پلاسمای داغ خورشیدی که در میدان مغناطیسی محبوس شده — یعنی پرتاب جرم تاجی — نیز همزمان رخ میدهد.»
در حالی که خورشید نیز فورانها و CMEهایی تولید میکند، فعالیت آن در مقایسه با برخی ستارگان دیگر نسبتاً آرام و ملایم است. برخی ستارگان «ابرفوران» تولید میکنند؛ فورانهایی که انرژی آنها دستکم ده برابر پرانرژیترین فورانهای خورشید است. کوتولههای سرخ بیش از دیگر ستارگان به تولید چنین ابرفورانهایی شهرت دارند، هرچند نمونههایی از ستارگان خورشیدمانند (نوع G) نیز مشاهده شدهاند که چنین فورانهایی داشتهاند. (خورشید تاکنون هرگز ابرفورانی از خود نشان نداده است.)
نویسندگان تأکید میکنند: «بررسی تأثیر فعالیت ستارهای بر محیط سیارهها و امکان وجود حیات، نیازمند برآوردهای دقیقی از انرژی فورانهاست. تابشها و ذرات پرانرژی، تأثیر عمیقی بر جو سیارهها میگذارند.» پژوهشی در سال ۲۰۱۹ نشان داد که فورانهای پرانرژی که دستکم ماهی یکبار رخ میدهند، میتوانند لایه ازن یک سیاره را بهطور کامل نابود کنند. بدون لایه ازن، سطح سیاره در معرض مستقیم تابش فرابنفش ستاره قرار میگیرد و این میتواند سطح آن را کاملاً سترون و غیرقابلزیست کند.
اخترشناسان میتوانند فعالیت خورشید را با جزئیات بسیار بالا مطالعه کنند. در واقع، چندین مأموریت فعلی بهطور اختصاصی برای بررسی خورشید طراحی شدهاند؛ از جمله کاوشگر خورشیدی پارکر و رصدخانه پویایی خورشید. اما نویسندگان یادآور میشوند: «در مقابل، اطلاعات طیفی درباره فورانهای ستارگانی غیر از خورشید بسیار محدود است.»
اعتبار تصویر: ناسا / SDO.
فورانهای ستارهای پدیدههایی پیچیدهاند و بدون درک بهتر آنها، پژوهش درباره زیستپذیری سیارههای فراخورشیدی عملاً متوقف میشود. پرسشهای بیپاسخ بسیاری وجود دارد: فراوانی فورانها چقدر است؟ منشأ آنها چیست؟ چگونه در طول زمان تغییر میکنند؟ و طیف تابشی آنها دقیقاً چه ویژگیهایی دارد؟ این پرسشها را میتوان در قالب دو مسئله کلی دستهبندی کرد.
به گفته نویسندگان، پژوهشگران نخست به تصویری روشنتر از توزیع توان و فراوانی فورانها بر اساس نوع و سن ستارهها نیاز دارند. دستیابی به چنین تصویری مستلزم پایش تعداد بسیار زیادی از ستارگان در بازههای زمانی طولانی است.
دوم آنکه دانشمندان باید درک بهتری از خطری که فورانهای ستارهای برای حیات پیچیده ایجاد میکنند، بهدست آورند. نویسندگان توضیح میدهند: «این بخش از پژوهش از همکاری با زیستشناسانی که روی موجودات حدزیست (Extremophiles) کار میکنند، بهره خواهد برد.» با این حال، آنها اشاره میکنند که پیشبینی اینکه دانش ما در ۱۰ تا ۱۵ سال آینده در چه وضعیتی خواهد بود و چه پرسشهایی باید مطرح شود، کار سادهای نیست.
برای پیشبرد مطالعه فورانهای ستارهای، نویسندگان مقاله ویژگیهای تلسکوپ موردنیاز و نوع رصدهایی را که باید انجام شود، تشریح کردهاند. آنها به تلسکوپ میدانگسترده چین (WFST) بهعنوان نمونهای امیدوارکننده اشاره میکنند. این تلسکوپ با قطر ۲٫۵ متر برای مطالعات «دامنه زمانی» طراحی شده و پدیدههایی مانند ابرنواخترها را در طولموجهای مختلف رصد میکند.
به گفته نویسندگان، آنچه واقعاً موردنیاز است، تأسیس مرکزی رصدی است که دو فعالیت مکمل را با هم ترکیب کند. نخست، «پایش پیوسته با آهنگ زمانی بالا از مجموعهای گزینششده از ستارگان سرد، که تمام فضای پارامتری موردنظر را پوشش دهند.» دوم، انجام رصدهای تکمیلی و دقیق از ستارگانی که در جریان این پایشها دچار فوران میشوند.
برای تحقق این هدف، تلسکوپ پیشنهادی باید چندین ویژگی اساسی داشته باشد. از جمله، آینه اصلی آن باید قطری بیش از ۴ متر داشته باشد و میدان دید آن در حدود ۱ تا ۳ درجه باشد. همچنین باید از «چندگانگی بسیار بالا» برخوردار باشد؛ یعنی بتواند بهطور همزمان تعداد زیادی هدف را رصد کند. نویسندگان پیشنهاد میکنند که این تلسکوپ به حدود ۳۰ هزار فیبر نوری مجهز باشد تا بتواند طیف نوری شمار زیادی از ستارگان را بهطور همزمان ثبت کند. چنین سطحی از چندگانگی میتواند سرعت و گستره یک پیمایش آسمانی را بهطرز چشمگیری افزایش دهد.
موضوع فورانهای ستارهای و زیستپذیری تنها به نابودی جو سیارهها محدود نمیشود. پژوهشها نشان میدهند که شکلگیری ترکیبات زیستی نیز به مقدار مشخصی از تابش فرابنفش نیاز دارد. در مطالعهای در سال ۲۰۱۸ آمده است: «میتوان شیمی پیشازیستی را به طیف فرابنفش ستاره پیوند داد تا مشخص شود آیا این واکنشها میتوانند روی سیارههای سنگیِ پیرامون ستارگان دیگر رخ دهند یا نه.» فورانهای ستارهای میتوانند تابش فرابنفش لازم برای شکلگیری این ترکیبات زیستی را فراهم کنند، اما اگر این تابش بیش از حد باشد، میتواند مانعی جدی برای حیات بهشمار رود.
در حال حاضر، تنها چند ده سیاره فراخورشیدی را میشناسیم که شاید شرایط لازم برای زیستپذیری را داشته باشند. اما بدون درک درست از فورانهای ستارهای، فهم دقیق وضعیت این سیارهها ممکن نیست. با بررسی شمار بسیار زیادی از ستارگان و فعالیت فورانی آنها، این تلسکوپ آیندهنگر میتواند بنبست کنونی در بحث زیستپذیری و فورانهای ستارهای را از میان بردارد.
نویسندگان در پایان تأکید میکنند: «برای پاسخ به این پرسش که آیا ستارگان فورانگر میتوانند میزبان سیارههای زیستپذیر باشند یا نه، انجام یک مطالعه جامع که بر ویژگیهای ستارگان میزبان سیارههای فراخورشیدیِ فورانگر و فعالیت آنها تمرکز داشته باشد — در مقیاسی بسیار بزرگتر از این چند ده (و بهزودی چند صد) ستاره شناختهشده — ضروری است.» آنها در پایان نتیجه میگیرند: «تلسکوپ پیمایشی میدانگسترده پیشنهادی، ابزار بسیار مناسبی برای انجام چنین مطالعهای است.»