Exoplaneta u obří hvězdy. Credit: NASA
Exoplaneta u obří hvězdy. Credit: NASA

Obyvatelná oblast není zrovna ideální termín. Neříká moc o obyvatelnosti a je to velmi zjednodušující pomůcka. Ale pro některé složitější výklady se hodí více než čísla o oslunění a rovnovážné teplotě.

Hvězda většinu svého života stráví v hlavní posloupnosti (HP). Během této fáze jsou parametry obyvatelné oblasti více méně konstantní. Na začátku života zejména malých hvězd a na konci těch o hmotnosti Slunce se však mění tak, jak se mění zářivost hvězdy.

Například u TRAPPIST-1 byla obyvatelná oblast v mládí ve větší vzdálenosti, což znamená, že dnešní potenciálně obyvatelné planety mohly přijít o velkou část vody.

Najdeme ale i opačný extrém. Existují studie o obyvatelné oblasti okolo bílého trpaslíka. Obnažené jádro bývalé hvězdy postupně chladne, ale i tak vyzařuje slušné množství záření, je velmi horké, takže i v jeho okolí můžeme vykolíkovat obyvatelnou oblast. Je samozřejmě otázkou, zda fázi rudého obra a velké změny v planetární soustavě přežilo ve vnitřních částech něco více, než jen asteroidy a hromada prachu.

Tam, kde byla zima, je nyní teplo

Thea Kozakis a Lisa Kaltenegger se ve své práci věnovaly obyvatelné zóně v době, která bílému trpaslíkovi předchází – tedy ve fázi rudého obra. Simulovali situace pro hvězdy o hmotnosti 1 až 3,5 Sluncí.

Hvězda o hmotnosti Slunce stráví v hlavní posloupnosti (označujme jako HP) asi 11,6 miliard let. Poté následuje post-HP fáze trvající v součtu jednu miliardu let. Na samotnou fázi rudého obra (RO) připadá 850 milionů let. Hvězda zvětšuje svůj objem, zvyšuje množství záření a obyvatelná oblast se tak posouvá směrem dál od hvězdy.

Zvyšování zářivosti ovšem není konstantní. Hvězda podobná Slunci si totiž projde několika dalšími fázemi. Na konci fáze rudého obra se zažehne hélium, nastane tzv. héliový záblesk. Prudké zvýšení zářivosti hvězdy. Po něm se hvězda smrští a zahřeje. Říkáme tomu horizontální větev (HV). V případě hvězdy podobné Slunci trvá 130 milionů let. Jakmile se spotřebuje také hélium, jádro se rozžhaví, hvězda se opět nafoukne. Říkáme tomu asymptotická větev (AV). Trvá zbývajících 27 milionů let.

Vývojové fáze hvězdy

Hmotnost (Slunce)HP (miliony let)post-HP fáze celkem (miliony let)RO (miliony let)HV (miliony let)AV (miliony let)
1,011 6801 01185113327
1,34 34866352912410
1,52 90129415712512
1,71 9642368813612
1,91 4092385217115
2,01 2052603820616
2,3822260922625
2,5651201617520
3,039610429210
3,5263581516

Představme si planetu ve větších vzdálenostech od hvězdy. Miliardy let byla daleko za vnějším okrajem obyvatelné zóny. Nyní se do ní střídavě dostává a zase z ní vypadává, jak se zářivost hvězdy mění.

Hvězda podobná Slunci má celkovou životnost 12,7 miliard let, přičemž jen 8 % stráví v post-HP fázi. Planeta, která by měla strávit nejvíce času v nové obyvatelné oblasti, by měla obíhat asi 10 AU daleko, což odpovídá Saturnu.

Planeta stráví 66 milionů let v nové obyvatelné zóně v rámci fáze rudého obra, 22 milionů let mimo obyvatelnou oblast během maximální zářivosti rudého obra a následně zůstane 153 milionů let v obyvatelné zóně v rámci horizontální větve své hvězdy. Celkem tedy stráví v obyvatelné oblasti 219 milionů let.

Maximální doba v obyvatelné oblasti pro různě hmotné hvězdy:

  • 1,0 hmotnosti Slunce (MS): 219 milionů let
  • 1,3 (MS): 154 milionů let
  • 2,0 (MS): 191 milionů let
  • 2,3 (MS): 259 milionů let
  • 3,0 (MS): 101 milionů let
  • 3,5 (MS): 56 milionů let

Nejde ale jen o záření jako takové. Spektrum hvězdy se posouvá směrem k rudé, což zvyšuje zahřívání a ničení atmosféru případné planety. V případě hvězdy o hmotnosti Slunce dosáhne eroze atmosféry planety asi 10 %. U hmotnějších hvězd je míra eroze menší.

Na opačném konci máme obří hvězdu o hmotnosti 3,5 Sluncí. Její životnost bude pouhých 321 milionů let. Z toho 58 milionů let stráví v post-HP fázi. Nová obyvatelná oblast bude 25 AU daleko a planeta v ní stráví maximálně 56 milionů let. Na druhou stranu atmosférická eroze bude jen 0,1 %.

Desítky milionů let na vznik a vývoj života nejsou zrovna dlouhou dobou. Ale musí život vzniknout až v okamžiku, kdy se planeta dostane do nové obyvatelné zóny? Nemusí…

Podobné scénáře se nemusí týkat jen planet, ale třeba také větších měsíců. Ve Sluneční soustavě máme měsíce s tlustou ledovou krustou, pod kterou by mohl být oceán kapalné vody a možná i život. Představte si, že ledová krusta roztaje…

Planety u rudých obrů se hledají, ale není jich mnoho. Jak se ukazuje, některé z těchto planet mohou být docela atraktivním cílem. Možná tam právě dostal život šanci… krátkou a nesnadnou.

Zdroj: Atmospheres and UV Environments of Earth-like Planets Throughout Post-Main Sequence Evolution