Парадокс красного неба заставит вас задаться вопросом о нашем месте во Вселенной

В большом космическом масштабе наш маленький уголок Вселенной не является чем-то особенным - эта идея лежит в основе принципа Коперника. Однако есть один важный аспект в нашей планете, который действительно является особенным: Наше Солнце - желтый карлик. 

Поскольку наша родная звезда - это то, что мы знаем наиболее близко, было бы заманчиво предположить, что желтые и белые карликовые звезды (FGK-карлики) распространены в других частях космоса. Однако они далеко не самые многочисленные звезды в Галактике; это особое перо принадлежит другому типу звезд - красным карликам (М-карликам).

Мало того, что красные карлики составляют до 75% всех звезд Млечного Пути, они гораздо холоднее и долговечнее таких звезд, как Солнце. Намного, намного долговечнее.

Мы ожидаем, что наше Солнце проживет около 10 миллиардов лет, а звезды типа красных карликов - триллионы. Настолько долго, что за все 13,4 миллиарда лет, прошедших с момента Большого взрыва, ни одна из них еще не достигла конца своей жизни на главной последовательности.

Поскольку красных карликов так много, и они так стабильны, и поскольку мы не должны автоматически считать себя космически особенными, тот факт, что мы не вращаемся вокруг красного карлика, должен вызывать некоторое удивление. И все же, мы здесь, на орбите не очень распространенного желтого карлика.

Это, согласно статье астронома Дэвида Киппинга из Колумбийского университета, является парадоксом красного неба - следствием парадокса Ферми, который ставит вопрос о том, почему мы до сих пор не нашли никаких других форм разумной жизни в огромной Вселенной.

"Решение этого парадокса, - пишет он, - позволит определить направление будущих экспериментов по дистанционному зондированию жизни и границы жизни в космосе".

Красные карликовые звезды - привлекательная перспектива для поиска внеземной жизни. Они горят не так жарко, как звезды типа Солнца, а значит, любые экзопланеты, вращающиеся вокруг них, должны находиться ближе, чтобы достичь температуры, пригодной для жизни. В свою очередь, это может облегчить поиск и изучение таких экзопланет, поскольку они обращаются вокруг своих звезд чаще, чем Земля вокруг Солнца.

Действительно, астрономы обнаружили довольно много каменистых экзопланет - таких как Земля, Венера и Марс - вращающихся вокруг красных карликовых звезд в этой обитаемой зоне. Некоторые из них даже находятся относительно близко. Это заманчивый материал, и, конечно, кажется, что красные карликовые звезды должны, по крайней мере, где-то размещать жизнь, поэтому астробиологи и занимаются поиском.

В своей статье Киппинг предлагает четыре варианта решения парадокса красного неба.

Решение I: Необычный результат

Первое решение заключается в том, что мы просто чертовски странные люди. Если скорость зарождения жизни у обоих типов звезд одинакова, то Земля - выброс, а наше появление на орбите Солнца - случайность, один шанс из 100.

Это создаст противоречие с принципом Коперника, который гласит, что во Вселенной нет привилегированных наблюдателей, и что наше место в ней вполне нормально. Если бы мы были выброшенными, то это свидетельствовало бы о том, что наше место не такое уж и нормальное.

Этот ответ не является невозможным, но и не является особенно удовлетворительным. Другие три резолюции дают ответы, которые не только более удовлетворительны, но и могут быть проверены.

Решение II: Заторможенная жизнь под красным небом

Согласно этому решению, Киппинг утверждает, что желтые карлики более пригодны для жизни, чем красные, и, как следствие, жизнь вокруг красных карликов возникает гораздо реже - примерно в 100 раз реже. Существует множество теоретических доказательств, подтверждающих эту идею. Например, красные карлики, как правило, буйные, с большим количеством вспышек, и у них не бывает планет типа Юпитера.

"Многие теоретические работы ставят под сомнение правдоподобность существования сложной жизни на М-карликах, высказывая опасения по поводу приливной блокировки и атмосферного коллапса, повышенной подверженности влиянию звездной активности, длительных фаз до начала главной последовательности и недостатка потенциально полезных компаньонов размером с Юпитер", - пишет Киппинг.

"Исходя из этого, есть хорошие теоретические основания для поддержки резолюции II, хотя мы подчеркиваем, что она остается непроверенной с наблюдательной точки зрения". 

Решение III: Усеченное окно для сложной жизни

Здесь аргумент заключается в том, что у жизни просто не было достаточно времени, чтобы возникнуть вокруг красных карликовых звезд.

Это может показаться нелогичным, но это связано с фазой жизни звезды, предшествующей главной последовательности, до того, как в ней начнется плавление водорода. В этом состоянии звезда горит все жарче и ярче; для красных карликов этот период длится около миллиарда лет. За это время на всех потенциально пригодных для жизни мирах может возникнуть постоянный парниковый эффект.

Это может означать, что окно для возникновения сложной биологии на каменистых планетах на белых и желтых карликах гораздо длиннее, чем на красных карликах.

Решение IV: скудость бледно-красных точек

Наконец, хотя около 16 процентов красных карликов с экзопланетами числятся в списке как обладатели скалистых экзопланет в обитаемой зоне, возможно, эти миры встречаются не так часто, как мы думали. В наших исследованиях мы отбираем самые массивные красные карлики, потому что они самые яркие и легко изучаемые; но что, если у маленьких карликов, о которых мы знаем относительно мало, нет скалистых экзопланет в обитаемой зоне?

Поскольку красные карлики с низкой массой, по сути, самые многочисленные, это может означать, что скалистые экзопланеты обитаемой зоны встречаются в 100 раз реже вокруг красных карликов, чем вокруг желтых карликов.

"В этом случае разумная жизнь редка в космосе и повсеместно зарождается между М- и FGK-карликами, но пригодные для жизни миры встречаются на два порядка реже вокруг М-карликов, чем вокруг FGK", - пишет Киппинг.

"Два порядка величины - это значительная разница, что делает это объяснение особенно интересным. Для этого необходимо, чтобы подавляющее большинство известных планет размером с Землю и умеренным климатом вокруг М-карликов были каким-то образом негостеприимны для жизни, или чтобы М-карлики позднего типа (с низкой массой) редко принимали у себя пригодные для жизни миры".

Возможно даже, что ответ кроется в нескольких из этих разрешений, что позволит эффекту в какой-либо одной области быть менее выраженным. И, возможно, мы сможем получить подтверждение в ближайшее время. Например, по мере совершенствования технологий мы сможем лучше видеть звезды-карлики с меньшей массой и искать планеты на их орбитах.

Если мы найдем каменистые экзопланеты, то сможем более детально изучить их потенциальную обитаемость, определить, находятся ли они на орбите в обитаемой зоне, и может ли жизнь там быть заторможена звездными процессами".

"В конечном итоге, - пишет Киппинг, - разрешение парадокса красного неба представляет центральный интерес для астробиологии и SETI, что повлияет на то, каким звездам посвятить наши ресурсы, а также задаст фундаментальный вопрос о природе и пределах жизни в космосе".

Исследование было опубликовано в журнале PNAS.