科学家:死星不死,它们周围很可能有生命出现

根据科学家们的观测,银河系内有3%的恒星都是白矮星。而从理论上分析和推算,白矮星的比例可能占到了宇宙恒星整体的10%。作为恒星的残骸,白矮星在宇宙中的数量相当可观。

当一颗恒星燃尽了自己所有的燃料后,它就会进入生命的末期。根据钱德拉塞卡的计算,当这颗恒星核心的质量不到3×10^30公斤,即太阳质量的1.44倍时,它就会变成一颗白矮星。白矮星不再进行核聚变,它会逐渐熄灭、冷却,最终沉寂。

通常我们认为,恒星的死亡,意味着它所统治的系统也会全部跟着灭亡。但是,康奈尔大学卡尔·萨根研究所的博士生西娅·科扎基斯(Thea Kozakis)最近在《天体物理学杂志通讯》上发文指出:这种死亡天体对于宇宙中的生命来说,或许反而是天堂。

虽然这个说法听起来那么惊人,但她也给出了自己的理由:虽然白矮星停止了核聚变,但它依然在向外释放着光芒,这是它在主序星阶段储存的巨大能量。这些能量足以让它在长达几十亿年的时间里给周围的行星提供合适的温度与光照,也就为生命的出现提供了契机。

她之所以提出这个观点,源自于近些年来科学家对白矮星观测的大量突破性进展。2015年,一支科学团队发现至少有一颗正在解体的行星围绕着白矮星运行。2019年,英国沃里克大学天文学家首次发现行星绕着白矮星运行的证据。接下来又有人提出理论:我们能观测到的系外巨行星中有1/10000是绕白矮星运行的。

(图片说明:沃里克大学天文学家于2019年在一颗白矮星周围发现气体圆盘,推测是一颗被撕碎的行星)

可以想象,我们未来将会发现越来越多的绕白矮星行星,虽然曾经我们认为它们都会在超新星爆发过程中被摧毁。既然有行星,那就有希望,其中就有可能存在类地行星。因此,Kozakis才会把注意力放在这里,希望能够在这些绕白矮星的类地行星中找到地外生命的可能。

卡尔·萨根研究所所长丽莎·卡尔滕尼格(Lisa Kaltenegger)表示:“白矮星周围的岩石行星会是有趣的候选者,因为它们的宿主恒星和地球这样的行星差不多大。”

"我们希望能够发现它们的凌日现象,"Kozakis说,"如果我们观测到了,科学家们就可以确定它的大气层中有什么,再参考这篇论文,将其与光谱指纹相匹配,寻找生命迹象。"

(图片说明:Kozakis等人随论文发布了六种光谱,可以帮助科学家对比确定白矮星附近的行星大气中有哪些元素或者物质。)

因此,她建议未来的望远镜,应该考虑到这方面的研究,打造专门观测白矮星极其周围系统的设备,看看那里到底会发生什么。

观测白矮星周围的行星对于科学家来说,难度会比主序星低一点。主序星通常释放着惊人的耀眼光芒,会把它周围的行星淹没,导致我们难以观测;白矮星不同,它没有那么亮,而且由于物质高度密集,体积也非常小,不会对我们观测行星造成太多干扰。

当然,白矮星的小体型也带来了另一个观测难题:凌日。我们现在发现或观测系外行星,很多情况下同时通过凌日法观测,也就是在行星运行到地球和宿主恒星之间时,通过宿主恒星微弱的光度变化进行观测。但是,白矮星的体积通常还没有行星大,所以它周围的行星要非常巧合才能恰好运行到它和地球之间,也就是说,地球要恰好位于这颗行星的轨道平面上才能利用凌日法来观测。

在这篇文章中,Kozakis等人将重点放在了给未来望远镜提出观测白矮星的指南。"发布这种指南可以让观测者知道自己该寻找什么。"她说。

我们知道,白矮星既然不再进行核聚变反应,那么它残存的能量终究会“坐吃山空”,最终沉寂为一颗黑矮星,完全不发光。因此,Kozakis在三种温度条件下建立自己的光谱指南,旨在帮助未来的科学家针对不同温度的白矮星进行更精确的观测。

即便如此,观测的难度仍然是非常大的。Kozakis的文章重点研究的是甲烷、氧化亚氮(俗称笑气)和臭氧等生物信号,但是这些化学物质又容易被误判。即便如此,Kozakis相信自己的研究可以"扩大了科学数据库,用于寻找系外行星上的生命光谱记号"。

但是在另一方面,对于白矮星周围到底有没有可能孕育生命,很多人还是持怀疑态度的。

(图片说明:致密天体白矮星,虽然拥有着和太阳相当的质量,体积却可能比地球还小)

我们知道,一颗恒星在进入演化末期的时候,会膨胀为红巨星。以太阳为例,它变成红巨星的时候,外壳甚至可以把火星都包裹进去。据我们所知,没有任何生命能够承受住这样的伤害。至少在红巨星阶段,这个星系将会重新“洗牌”。

那么,当它结束了膨胀和超新星爆发,是否有机会来一次“重启”,从头开始孕育生命呢?毕竟白矮星可以持续的时间非常久,足够让一颗星球重新来过。

除此之外,科学家们还有一个疑问:当恒星变成红巨星开始膨胀的时候,它周围的行星会留在原地坐以待毙,还是自觉远离,躲避灾难呢?或者说,在恒星膨胀的动力下,行星是否也会因此被“吹”到远处呢?如果是这样的话,那么这颗行星上的生命或许不必面临灭亡的命运,并且在恒星变成白矮星后继续长期存活下去。

(图片说明:白矮星假想图,残留的行星被撕成碎片环绕在白矮星周围)

没有人知道这些问题的答案,不过这有可能成为科学家们下一阶段的研究重点。

正如Kaltenegger说的那样:"如果我们在死亡已久的恒星的光照下运行的行星上寻找生命的迹象,下一个耐人寻味的问题是,生命是在恒星死亡后存活下来,还是重新开始呢?”

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