小质量恒星周围行星或无法孕育生命

发布:奇事 时间:2018-06-29 11:36

小质量恒星周围行星或无法孕育生命

艺术示意图,从一颗系外行星上看到不远处的M型小质量恒星。一项最新研究显示在这些行星上可能难以存在适宜生命生存的环境条件

据物理学家组织网站报道,宇宙中数量最多的恒星都具有较小的质量,而那些围绕这些小质量恒星运行的行星则是搜寻地外生命的主要目的地之一。然而近日一项由美国华盛顿大学的一位天文学研究生领导的工作却显示,由于其形成阶段经历的高温环境,这些行星可能早就失去了容纳生命生存的基本条件。

低质量恒星,或者称作M型恒星,是指那些质量小于太阳,同时光度也较小,因此它们周围的宜居带范围到恒星本身之间的距离也会相应更近一些。所谓宜居带是指恒星周围距离适中,从而能够让液态水得以在地表存在的区域范围。

相比更远的行星,那些距离恒星更近的行星体更容易被天文学家们发现。天文学家们会通过恒星亮度上出现的轻微下降信号来识别恒星周围行星的存在,这种亮度变化是当行星从恒星面前通过时遮挡恒星的部分光线而导致的;另外天文学家们也会通过径向速度的方法来探测系外行星,方法是观察由于行星引力的作用造成的恒星晃动。

然而根据近日这篇发表在《天体生物学》杂志上的文章,美国华盛顿大学博士研究生罗德里格·卢格(Rodrigo Luger)和合作者,该校助理教授洛里·巴内斯(Rory Barnes)通过计算机模拟发现,这些在近距离上围绕小质量恒星运行的系外行星很有可能早在它们形成的阶段便已经失去了所有的水分和大气。

卢格表示:“所有恒星都形成于星际气体云团的塌缩,其在收缩过程中会以光的形式释放能量。但由于这些恒星的质量较小,因此相应的引力也较小,M型恒星整个塌缩的过程耗时相比大质量恒星要长得多——往往持续数亿年之久。”

他说:“围绕这些恒星运行的行星可以在1000万年内形成,因此当这些行星形成之际,位于近旁的恒星仍然处于极度高温阶段。这对于宜居带而言并非好消息,因为这些行星的表面也会被加热到很高的温度,甚至超过1000摄氏度。当这种情况发生时,这些年轻行星表面初生的原始海洋将完全沸腾蒸发殆尽,大气也将完全消散。”


除此之外,对于这些行星来说另外一件坏消息是M型恒星会释放大量的X射线与紫外线辐射,这会将行星大气加热到数千摄氏度的高温状态,从而造成行星大气快速膨胀,气体大量逃离行星并进入星际空间。

卢格指出:“因此,M型恒星周围的很多行星可能在这一阶段的早期便会失去它所有的水汽成分,这将大大降低它们产生宜居环境条件的几率。”

不过卢格和巴内斯在论文中也指出,这一现象有一个副作用,那就是来自恒星强烈的紫外辐射会打断水分子链条,使其分解为氢原子和氧原子。质量较轻的氢原子会更容易地逃逸出去,而质量较重的氧原子则可能会留下来。当然对于生命而言,和地球上一样,存在氧气无疑是一件好事,但如果氧气含量过高对于生命的起源则会起到负面的反作用。

巴内斯表示:“罗德里格的工作证明类似这样的长期失控温室效应将可能导致形成一个极度富氧的大气——其密度可能超过金星大气的10倍,并且成分几乎完全由氧气组成。而由于在我们对系外行星的搜寻工作中,探测系外行星大气中氧气的信号是一项重要指标。因此类似这样非生物成因的富氧大气将会对未来的搜寻工作带来干扰。”

卢格将他们的这项研究工作称作“地球海市盛楼”,意思是看上去像地球那样似乎可能拥有生命,拥有水,但实际上情况完全不是那样。他说:“由于这些行星大气中积累的高浓度氧气成分,从远处观察它们时可能会感觉它们与地球很像,但如果你仔细观察就会发现这完全只是‘海市盛楼’,那里根本就没有水。”

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