当恒星变成红巨星时,生命还有可能存在吗?
我们的太阳,终有一天也会迎来这一时刻。太阳,大约将在50亿年后膨胀为红巨星,最终变成一颗地球大小的致密白矮星。我们一直在猜测,生命是否可以在这一恒星演化阶段中幸存,但最新研究所得出的结论是:生命几乎不可能在这个阶段幸存下来。
众所周知,地球受到磁层的保护。磁层的磁场线可以转移有害粒子,进而阻止大气层损耗。你可能会认为,在遥远的未来,对于那些有磁层保护的行星(例如,火星则没有磁层保护),磁层也可以减少大气层的损耗。但实际情况是,演化中的恒星产生的恒星风,要比当下太阳的恒星风强烈许多。研究的作者模拟了来自不同质量范围的11颗不同类型恒星的恒星风。他们发现:
“模拟结果显示,在巨星分支演化过程中的某个时刻,外木星类似天体将恰好达到维持磁层顶的阙值。但是,在整个巨星分支演化阶段,天体需要更强大的磁场才能维持住任何磁层顶。对于地球和任何潜在的宜居行星,此前磁层带来的任何保护都将消失。这种保护的消失,再加上轨道膨胀和不同的恒星光度,这一切都说明,在恒星演化的巨星分支阶段,生命的存续将受到挑战。”
那么,生命是否可以在巨型气态行星的卫星的冰壳下面躲过一劫呢?可能性也不大。一个能维持液态水的宜居带将从距离太阳约1.5亿公里处向外移动到60亿公里处,甚至超越了海王星的轨道。在这个阶段,行星可以迁移,但宜居带向外移动的速度要比行星的更快,这可能是一个致命威胁。因此,以白矮星为中心的生命,需要从头开始进化。
示意图:太阳(左)喷射出的物质和地球(右)磁层之间的相互作用。但太阳演化为一颗红巨星时,地球可能会被太阳的大气层吞噬。又因为此时太阳的恒星风是如此地不稳定,巨大外行星的磁层即便更强大,也会被剥离。
因此,在这一个恒星演化阶段,宜居带的向外迁移和磁层的难以维持,将导致任何环境寸草不生。研究模型还表明,在强大的恒星风和幸存行星的轨道不断扩大的双重作用下,磁层会随着时间的流逝,先缩小再扩大。所以,在红巨星变成白矮星的整个过程中,只有比木星磁场还强100倍的磁场,才能维持一个稳定的磁层。
那接下来呢?白矮星不会产生恒星风,所以,威胁消失了。我们在白矮星周围发现的任何生命,毫无疑问,都是在白矮星阶段发展起来的。如果真的存在这样的生命,我们或许可以在未来的太空探索任务中,检测到它们的生物标记。要知道,白矮星不过地球一般大小,而当一颗行星凌白矮星时,行星会产生巨大的阴影,似乎能够成为透射光谱的理想目标,即我们可以在恒星光芒穿过行星大气层时,分析行星的大气层成分。
我们知道的大多数系外行星都围绕主序星运行。但我们也已知约有100颗绕红巨星运行的系外行星,以及我们还发现了至少四颗绕白矮星运行的系外行星。这些行星是恒星演化的幸存者,因此可用作跟踪其所在恒星系寿命的基准,其中有两颗白矮星行星十分接近其恒星系的宜居带,也就是说在这样的轨道中可能存在一颗地球大小的行星。
这些例子表明,巨行星可以非常地接近宜居带。白矮星的宜居带离该恒星十分近,因为跟太阳这类恒星相比,白矮星发出的光芒更少。但白矮星又是十分稳定的恒星,因为它们没有恒星风。一颗停留在白矮星宜居带范围内的行星可以在那里安稳度过十亿年,只要条件合适,生命将有足够的时间去进化。