مفارقة السماء الحمراء ستجعلك تتساءل عن مكانتنا في الكون

على المقياس الكوني الكبير ، فإن زاويتنا الصغيرة من الكون ليست بهذه الخصوصية – هذه الفكرة تكمن في قلب مبدأ كوبرنيكوس. ومع ذلك ، هناك جانب رئيسي واحد عن كوكبنا غريب حقًا: شمسنا قزم أصفر.

نظرًا لأن نجمنا هو ما نعرفه عن كثب ، سيكون من المغري افتراض أن النجوم القزمة الصفراء والبيضاء (FGK dwarfs) شائعة في أماكن أخرى من الكون. ومع ذلك ، فهي بعيدة كل البعد عن النجوم الأكثر تعددًا في المجرة. ينتمي هذا الريش المعين إلى غطاء نوع آخر من النجوم – القزم الأحمر (M dwarfs).

الأقزام الحمراء لا تشكل فقط نفس القدر 75 بالمائة من بين جميع النجوم في مجرة ​​درب التبانة ، فهي أكثر برودة وأطول عمراً من النجوم مثل الشمس. عمر أطول بكثير.

نتوقع أن تعيش شمسنا حوالي 10 مليارات سنة ؛ من المتوقع أن تعيش النجوم القزمة الحمراء تريليونات. فترة طويلة جدًا ، في الواقع ، لم يصل أي منها بعد إلى نهاية عمر التسلسل الرئيسي خلال 13.4 مليار سنة بأكملها منذ الانفجار العظيم.

نظرًا لأن الأقزام الحمراء متوفرة بكثرة ومستقرة جدًا ، وبما أننا لا يجب أن نعتبر أنفسنا تلقائيًا مميزين من الناحية الكونية ، فإن حقيقة أننا لا ندور حول قزم أحمر يجب أن تكون مفاجئة إلى حد ما. ومع ذلك ، ها نحن هنا ، ندور حول قزم أصفر غير شائع.

هذه، وفقا للورقة بواسطة عالم الفلك ديفيد كيبينج من جامعة كولومبيا ، هو Red Sky Paradox – نتيجة طبيعية لـ مفارقة فيرمي، التي تتساءل لماذا لم نعثر بعد على أي أشكال أخرى من الحياة الذكية ، الموجودة في الكون الواسع الكبير.

“حل هذه المفارقة ،” هو يكتب، “ستكشف عن توجيهات لاستهداف تجارب استشعار الحياة عن بعد المستقبلية وحدود الحياة في الكون.”

انطباع الفنان عن نظام الكواكب الذي يدور حول القزم الأحمر TRAPPIST-1. (مارك غارليك / مكتبة صور العلوم / غيتي إيماجز)

نجوم القزم الحمراء هي فرصة جذابة للبحث عن حياة خارج كوكب الأرض. إنها لا تحترق بنفس درجة حرارة النجوم الشبيهة بالشمس ، مما يعني أن أي كواكب خارجية تدور حولها يجب أن تكون أقرب للوصول إلى درجات حرارة صالحة للسكن. في المقابل ، يمكن أن يسهل هذا العثور على أي من هذه الكواكب الخارجية ودراستها ، نظرًا لأنها تدور حول نجومها بشكل متكرر أكثر من الأرض التي تدور حول الشمس.

في الواقع ، وجد علماء الفلك عددًا غير قليل من الكواكب الخارجية الصخرية – مثل الأرض ، كوكب الزهرة و المريخ – تدور حول نجوم القزم الحمراء في هذه المنطقة الصالحة للسكن. وبعضها قريب نسبيًا. إنها أشياء محيرة ، ويبدو بالتأكيد أن النجوم القزمة الحمراء يجب أن تستضيف الحياة على الأقل في مكان ما ، وهذا هو سبب بحث علماء الأحياء الفلكية.

يضع كيبينغ في ورقته البحثية أربعة قرارات لمفارقة السماء الحمراء.

القرار الأول: نتيجة غير عادية

الأول هو ، حسنًا ، نحن مجرد كرة غريبة غريبة. إذا كانت المعدلات التي تظهر بها الحياة حول كلا النوعين من النجوم متشابهة ، فإن الأرض تكون بعيدة ، وظهورنا الذي يدور حول الشمس كان مجرد عشوائي ، واحد من كل 100 فرصة.

سيخلق ذلك توترًا مع مبدأ كوبرنيكوس ، الذي ينص على أنه لا يوجد مراقبين متميزين في الكون ، وأن مكانتنا فيه طبيعية جدًا. بالنسبة لنا أن نكون متطرفين قد يوحي بأن مكاننا هو ليس طبيعي جدا.

هذه الإجابة ليست مستحيلة ، ولكنها ليست إجابة مرضية بشكل خاص. توفر القرارات الثلاثة الأخرى إجابات ليست أكثر إرضاءً فحسب ، بل يمكن أن تكون قابلة للاختبار بالفعل.

القرار الثاني: منع الحياة تحت سماء حمراء

بموجب هذا القرار ، يجادل كيبينج بأن الأقزام الصفراء صالحة للسكن أكثر من الأقزام الحمراء ، ونتيجة لذلك ، تظهر الحياة بشكل أقل كثيرًا حول الأقزام الحمراء – حوالي 100 مرة أقل. هناك الكثير من الأدلة النظرية التي تدعم هذه الفكرة. الأقزام الحمراء ، على سبيل المثال ، تميل إلى أن تكون صاخبة ، مع الكثير من النشاط المتوهج ، ولا تميل إلى امتلاك كواكب شبيهة بالمشتري.

“الكثير من العمل النظري شكك في معقولية الحياة المعقدة على الأقزام M ، مع مخاوف أثيرت بشأن الانغلاق المد والجزر وانهيار الغلاف الجوي ، وزيادة التعرض لتأثيرات النشاط النجمي ، ومراحل التسلسل المسبق الأساسي الممتد ، وندرة الفوائد المحتملة كوكب المشتريرفقاء الحجم ، ” كتب كيبينج.

“على هذا الأساس ، هناك منطق نظري جيد لدعم القرار الثاني ، على الرغم من أننا نؤكد أنه لا يزال غير محققة من حيث الملاحظة.”

انطباع الفنان عن قزم أحمر يطلق العنان للوهج الضخم. (مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا / إس. ويسينجر)

القرار الثالث: نافذة مقطوعة لحياة معقدة

الحجة هنا هي أن الحياة ببساطة لم يكن لديها الوقت الكافي للظهور حول النجوم القزمة الحمراء.

قد يبدو هذا غير بديهي ، لكن له علاقة بمرحلة ما قبل التسلسل الأساسي لحياة النجم ، قبل أن يبدأ في دمج الهيدروجين. في هذه الحالة ، يحترق النجم أكثر سخونة وإشراقًا ؛ بالنسبة للأقزام الحمراء ، فإنها تدوم حوالي مليار سنة. خلال هذا الوقت ، يمكن أن يحدث تأثير الدفيئة الدائم الجامح على أي عوالم يحتمل أن تكون صالحة للسكن.

قد يعني هذا أن نافذة البيولوجيا المعقدة للظهور على الكواكب الصخرية على الأقزام البيضاء والصفراء أطول بكثير مما هي عليه في الأقزام الحمراء.

القرار الرابع: ندرة النقاط الحمراء الباهتة

أخيرًا ، على الرغم من أن حوالي 16 في المائة من الأقزام الحمراء ذات الكواكب الخارجية مدرجة على أنها تستضيف كواكب خارجية صخرية في المنطقة الصالحة للسكن ، فربما لا تكون هذه العوالم شائعة كما كنا نظن. تأخذ استطلاعاتنا عينات من أضخم الأقزام الحمراء ، لأنها الأكثر سطوعًا وأسهلها في الدراسة ؛ ولكن ماذا لو لم يكن لدى الكواكب الغريبة ، التي لا نعرف عنها إلا القليل نسبيًا ، كواكب خارجية صخرية في منطقة صالحة للسكن؟

نظرًا لأن الأقزام الحمراء منخفضة الكتلة هي في الواقع الأكثر عددًا ، فقد يعني هذا أن الكواكب الخارجية الصخرية في المنطقة الصالحة للسكن أقل شيوعًا حول الأقزام الحمراء بمئة مرة مقارنة بالأقزام الصفراء.

“في هذه الحالة ، تعد الحياة الذكية نادرة بين الكون وتنتشر عالميًا بين الأقزام M و FGK ، لكن العوالم الصالحة للسكن على الأقل بمرتبتين من حيث الحجم أقل شيوعًا حول الأقزام M من FGKs ،” كتب كيبينج.

“تعتبر قيمتان من حيث الحجم فرقًا كبيرًا مما يجعل هذا تفسيرًا مثيرًا للاهتمام بشكل خاص. وهذا يتطلب أن الغالبية العظمى من الكواكب المعروفة بحجم الأرض والمعتدلة حول الأقزام M غير مضيافة إلى حد ما للحياة ، أو أن النوع المتأخر نادرًا ما تستضيف الأقزام M (النهاية المنخفضة الكتلة) عوالم صالحة للسكن “.

انطباع الفنان عن عالم صالح للسكن يدور حول القزم الأحمر Proxima Centauri. (مارك غارليك / مكتبة صور العلوم / غيتي إيماجز)

بل من الممكن أن تكون الإجابة تكمن في العديد من هذه القرارات ، والتي من شأنها أن تجعل التأثير في أي منطقة أقل وضوحًا. وقد نتمكن من الحصول على تأكيد قريبًا. مع تحسن تقنيتنا ، على سبيل المثال ، سنكون قادرين على رؤية النجوم القزمة الحمراء ذات الكتلة المنخفضة بشكل أفضل ، والبحث عن الكواكب في مدار حولها.

بعد القيام بذلك ، إذا وجدنا كواكب خارجية صخرية ، يمكننا إلقاء نظرة فاحصة على قابليتها للحياة المحتملة ، وتحديد ما إذا كانت تدور في المنطقة الصالحة للسكن ، وما إذا كانت الحياة هناك قد أعاقت بسبب العمليات النجمية.

“أخيرا،” كتب كيبينج، “إن حل مفارقة السماء الحمراء له أهمية مركزية في علم الأحياء الفلكي و SETI ، مع تضمين النجوم التي نكرس مواردنا لها ، بالإضافة إلى طرح سؤال أساسي حول طبيعة وحدود الحياة في الكون.”

تم نشر البحث في PNAS.