我们正好有一个数据点可以用来衡量系外行星的宜居性:地球。 据我们所知,生命仅在这个淡蓝色的点上进化,该点围绕着一个不起眼的星系的旋臂中间的一颗恒星运行。
然而,银河系中的大多数恒星并不像太阳那样独自徘徊在太空中。 反而,高达 85% 的明星可能至少有一个同伴锁定在共同的轨道上(所以太阳有我们陪伴真是太好了)。
这自然会使寻找生命变得复杂,因为在单星周围更容易评估潜在的宜居性。 双星伴星会带来额外的引力相互作用和恒星辐射,让任何试图从原始软泥中蠕动的微生物陷入困境。
几年前,考虑到这些额外的复杂性,天体物理学家齐格弗里德·埃格尔(现就职于伊利诺伊大学香槟分校和华盛顿大学)设计了一个分析框架,用于确定双星的宜居带。
现在,他和他的同事——阿联酋阿布扎比纽约大学的 Nikolaos Georgakarakos 和 Ian Dobbs-Dixon——已将该框架应用于已知的拥有巨型系外行星的双星,以寻找潜在的宜居性。
“我们使用开普勒航天器收集的数据,例如恒星的质量、恒星的亮度、巨行星的位置以及其他参数,创建了一种方法来识别具有两个太阳的系统,这些系统可以容纳可居住的类地行星。行星,”埃格尔解释道。
该团队研究的九个系统均由开普勒任务识别:开普勒16、开普勒-34、开普勒-35、开普勒-38、开普勒-64、开普勒-413、开普勒-453、开普勒-1647 和开普勒-1661。 这些系统均由团队使用方程进行分析,而不是使用模拟,这要耗时得多。
“这是一种几乎不需要任何计算工作的分析方法,”埃格尔说。
“有些部分使用数值模型来输入信息,例如大气与不同数量和光谱的阳光相互作用的方式。这确实很难通过分析来弄清楚,因此我们使用了预先计算的大气模型。
“我们方法的好处是,任何人都可以采用我们的方程并将其应用到其他系统中,以确定在哪里最好地寻找类地世界。”
在这九个系统中,有两个被认为特别恶劣。 Kepler-16 和 Kepler-1647 所拥有的巨型行星的位置太差,无法形成稳定的宜居带 - 在该区域,系外行星距离恒星的距离不会太近,以至于表面水会蒸发,也不会远到完全冻结。
由于双星伴星的引力扰动,Kepler-16 已经拥有较小的宜居带。 在这两个系统中,巨行星使整个宜居带动态不稳定。
然而,其中五个系统确实可能拥有宜居世界:Kepler-34、Kepler-35、Kepler-38、Kepler-64 和 Kepler-413,其中 Kepler-38 尤其有希望。
即便如此,任何两个太阳行星的宜居条件都需要复杂的平衡行为。
“如果一颗行星离太阳太近,它的海洋可能会沸腾。如果这颗行星离太阳太远,甚至从一个系统中喷射出来,它表面的水最终会冻结,大气本身也会冻结,比如二氧化碳2形成季节性极冠,”埃格尔解释道。
“一旦我们确认一颗潜在的宜居行星处于稳定的轨道上,我们就可以继续研究它随着时间的推移从两颗恒星接收到多少辐射。通过对恒星和行星轨道的演化进行建模,我们可以估计实际的辐射量地球收到了。”
我们知道多亏了退役的系外行星搜寻望远镜开普勒,即使有额外的引力摄动,系外行星实际上也可以在双星系统中形成。 该团队的工作表明,这些系外行星也可能适合居住。
当寻找可能存在生命的系外行星时,一张宽大的网是可取的——但如果这张宽大的网要捕获我们知道不适宜居住的系统,那就不行了。 这一新发现可以帮助确定未来在我们自己的小空间之外寻找生命的工作参数。
该研究发表于天文学和空间科学前沿。