Mohly by kolem mrtvých hvězd prosperovat mimozemské světy?

Bílí trpaslíci mohou stále hostit obyvatelné planety. Podmínky, jako je slapový ohřev a migrace, formují jejich potenciál pro život. Slunce nakonec zanikne. K tomu dojde, když vyčerpá vodíkové palivo ve svém jádru a již nebude moci generovat energii jadernou fúzí. I když je tato fáze často považována za poslední kapitolu Sluneční soustavy, mohla by místo toho znamenat začátek nové evoluční fáze pro objekty, které v ní zůstanou.

Když hvězdy podobné Slunci umírají, dramaticky se rozpínají během fáze známé jako rudý obr. Jejich průměr se zvětšuje, povrch se ochlazuje a zbarvuje do červena, a jejich oslabená gravitace již nedokáže udržet atmosféru ve vnějších vrstvách. Až polovina hmotnosti hvězdy může uniknout do vesmíru a v centru zanechat hustý hvězdný zbytek, tzv. bílého trpaslíka.

Hledání známek života
Astronomové hledají mimozemský život sledováním planet, které prolétají před svými hvězdami při pohledu ze Země. Díky světlu hvězdy prosvítajícímu atmosférou planety mohou vědci aplikovat základní fyzikální principy k určení, jaké druhy molekul jsou v ní přítomny.

V roce 2020 si vědci uvědomili, že by tuto techniku mohli využít pro planety obíhající kolem bílých trpaslíků. Pokud by taková planeta měla ve své atmosféře molekuly vytvořené živými organismy, vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST) by je pravděpodobně dokázal zaregistrovat, když by planeta procházela před mateřskou hvězdou – bílým trpaslíkem.

Vesmír plný bílých trpaslíků
Bílý trpaslík má přibližně poloviční hmotnost v porovnání se Sluncem; tato hmotnost je stlačena do objemu zhruba o velikosti Země, přičemž jeho elektrony jsou stlačeny tak blízko sebe, jak to fyzikální zákony dovolují. Slunce má průměr 109krát větší než Země – tento rozdíl ve velikosti znamená, že planeta podobná Zemi obíhající kolem bílého trpaslíka by mohla mít přibližně stejnou velikost jako samotná hvězda.

Bílí trpaslíci jsou ve vesmíru běžní: v naší Galaxii jich existuje odhadem 10 miliard. A protože každá hvězda s nízkou hmotností je předurčena k tomu, aby se nakonec stala bílým trpaslíkem, nespočet dalších se jich teprve musí zrodit. Pokud se ukáže, že život může existovat na planetách obíhajících kolem bílých trpaslíků, mohly by se tyto hvězdné zbytky stát slibnými a hojnými cíli při hledání života mimo Zemi.

Může ale život vůbec existovat na planetě obíhající kolem bílého trpaslíka? Astronomové od roku 2011 vědí, že obyvatelná zóna je extrémně blízko bílého trpaslíka. Tato zóna je místo v planetární soustavě, kde by na povrchu planety mohla existovat kapalná voda. Nesmí být příliš blízko hvězdy, aby se voda vařila, ani tak daleko, aby zamrzla.

Obyvatelná zóna kolem bílého trpaslíka by byla 10 až 100krát blíže k bílému trpaslíkovi, než je naše vlastní obyvatelná zóna kolem Slunce, protože bílí trpaslíci vyzařují mnohem méně energie.

Výzva slapového ohřevu
Být tak blízko povrchu bílého trpaslíka by přineslo nové výzvy pro vznikající život, kterým vzdálenější planety, jako je Země, nečelí. Jednou z nich je slapový ohřev. Slapové síly – rozdíly v gravitačních silách, které objekty ve vesmíru působí na různé části blízkého druhého objektu – deformují planetu a tření způsobuje zahřívání deformovaného materiálu. Příkladem toho je Jupiterův měsíc Io.

Gravitační síly vyvíjené ostatními Jupiterovými měsíci působí na oběžnou dráhu Io, deformují jeho nitro a zahřívají ho, což vede k neustálým erupcím stovek sopek na jeho povrchu. V důsledku toho na Io nemůže existovat žádná povrchová voda, protože jeho povrch je příliš horký.

Naproti tomu sousední měsíc Europa je také vystaven slapovému ohřevu, ale v menší míře, protože je dále od Jupitera. Teplo generované slapovými silami způsobilo částečné roztavení ledové skořápky Europy, což vedlo ke vzniku podpovrchového oceánu.

Planety v obyvatelné zóně bílého trpaslíka by měly oběžné dráhy dostatečně blízko hvězdy, aby se na nich projevoval slapový ohřev, podobně jako se Io a Europa ohřívají v důsledku blízkosti Jupitera. Už jen tato blízkost může představovat problém pro obyvatelnost. Pokud má systém více než jednu planetu, slapové síly z blízkých planet by mohly způsobit, že atmosféra planety zadržuje teplo, dokud se nestane velmi teplou, což by planetu učinilo příliš horkou na to, aby na ní byla kapalná voda.

Přežití fáze rudého obra
I když je v soustavě pouze jedna planeta, nemusí si udržet vodu. V procesu přeměny na bílého trpaslíka se hvězda během fáze rudého obra rozepne na 10 až 100násobek svého původního průměru. Během této doby bude vše v této zóně pohlceno a zničeno. Ve Sluneční soustavě budou Merkur, Venuše a Země zničeny, když se Slunce nakonec stane rudým obrem, než se změní v bílého trpaslíka. Aby planeta tento proces přežila, musela by začínat svoji existenci mnohem dále od hvězdy – možná ve vzdálenosti Jupitera nebo i dále.

Pokud by planeta začínala tak daleko, musela by po vzniku bílého trpaslíka migrovat dovnitř, aby se stala obyvatelnou. Počítačové simulace ukazují, že tento druh migrace je možný, ale proces by mohl způsobit extrémní slapový ohřev, který by mohl odpařovat povrchovou vodu – podobně jako slapový ohřev způsobuje vulkanismus na Io. Pokud by migrace generovala dostatek tepla, planeta by mohla ztratit veškerou svou povrchovou vodu, než konečně dosáhne obyvatelné oběžné dráhy.

Pokud by však k migraci došlo dostatečně pozdě v životě bílého trpaslíka – poté, co se ochladí a již není horkým, jasným, nově vzniklým bílým trpaslíkem – pak by se povrchová voda nemusela odpařit. Za správných podmínek by planety obíhající kolem bílých trpaslíků mohly udržovat kapalnou vodu a potenciálně podporovat život.

Hledání života na planetách u bílých trpaslíků
Astronomové dosud nenašli žádné obyvatelné exoplanety podobné Zemi v okolí bílých trpaslíků. Tyto planety je však obtížné detekovat. Tradiční detekční metody, jako je tranzitní technika, jsou méně účinné, protože bílí trpaslíci jsou mnohem menší než typické hvězdy hostící planety. Při tranzitní metodě astronomové sledují poklesy jasnosti, ke kterým dochází, když planeta prochází z našeho pohledu před svou hostitelskou hvězdou. Protože bílí trpaslíci jsou tak malí, museli byste mít velké štěstí, abyste viděli planetu procházet před jedním z nich.

Vědci nicméně zkoumají nové strategie pro detekci a studium těchto nepolapitelných světů pomocí pokročilých dalekohledů, jako je například Webbův dalekohled.

Pokud by byly kolem bílých trpaslíků objeveny obyvatelné planety, výrazně by se tím rozšířila škála prostředí, kde by mohl život přetrvávat, což by prokázalo, že planetární systémy mohou zůstat vhodnými hostiteli života i dlouho po smrti své mateřské hvězdy.

Zdroj: https://scitechdaily.com/when-the-sun-dies-could-alien-worlds-thrive-around-dead-stars/

autor: František Martinek