Исследование: в системах красных карликов вряд ли есть развитые цивилизации

Фото из открытых источников

Принцип Коперника, названный в честь Николая Коперника (предложившего гелиоцентрическую модель Вселенной), гласит, что Земля и люди не занимают особого или привилегированного места во Вселенной. В космологических терминах это, по сути, означает, что Земля является типичным примером, и жизнь, вероятно, существует во всем космосе. Хотя наши попытки найти внеземную жизнь, в рамках астробиологии, пока не принесли результатов, эти попытки ограничены. В результате учёные вынуждены строить предположения, основываясь на единственной известной планете, пригодной для жизни, — то есть на Земле.

Благодаря огромному потоку открытий экзопланет, было обнаружено множество каменистых планет, вращающихся в обитаемых зонах (ОЗ) красных карликов. Десятилетиями ведутся споры о том, могут ли эти системы стать нашим лучшим шансом на поиск свидетельств жизни за пределами Земли. В недавнем исследовании профессор Дэвид Киппинг рассматривает два ключевых факта, которые могут означать, что человечество является исключением. Основываясь на возрасте Вселенной и относительной редкости нашего Солнца, он приходит к выводу, что астробиологи, изучающие красные карлики, возможно, ищут не там.

Профессор Киппинг — доцент астрономии Колумбийского университета, бывший стипендиат программы Карла Сагана и Идины Мензель в Гарварде, а также руководитель Лаборатории холодных миров Колумбийского университета. Эта группа занимается исследованием экзопланетных систем, уделяя особое внимание потенциально обитаемым (или «холодным») планетам и разработке новых методологий и технологий выявления признаков потенциальной технологической активности (техносигнатур). 

Как отмечает Киппинг, представление о Земле как о чем-то «обыденном» и типичном примере планет во Вселенной глубоко укоренилось в общественном сознании. Это можно объяснить влиянием Карла Сагана и космологов, начиная с Константина Циолковского (1857–1935), чьи труды о космических полётах и возможности существования внеземных цивилизаций оказали значительное влияние на учёных и инженеров XX века. Но, как считает Киппинг, корни этого явления глубже: «Это имеет долгую историю, берущую начало с Коперниканской революции. Теология исторически часто представляла человечество (и, соответственно, Землю) как нечто центральное, но современная наука последовательно принижала наше привилегированное положение, например, осознавая, что Земля вращается вокруг Солнца, Солнце — одна из миллиардов звёзд в нашей галактике, и наша галактика тоже — одна из миллиардов. Поэтому существует тенденция считать всё, что нас окружает, типичным, поскольку, похоже, это было повторяющейся темой последних четырёх столетий астрономии».

Устранив Землю как центр Вселенной, Коперник произвёл революцию в астрономии и в том, как люди воспринимают своё место во Вселенной. Карл Саган подчеркнул это достижение в своей основополагающей работе «Солипсистский подход к внеземному разуму», написанной в ответ на гипотезу Харта и Типлера о том, что внеземных цивилизаций не существует. «Одним из отличий и триумфов развития науки стала депровинциализация нашего мировоззрения», – писал он, ссылаясь на многочисленные научные революции, которые показали, что ни человечество, ни Земля не являются уникальными или исключительными во Вселенной.

Отвечая на вопрос об отсутствии доказательств существования внеземной жизни, Саган ответил: «Но отсутствие доказательств не является доказательством отсутствия». Эта мысль легла в основу астробиологических исследований и всех усилий по поиску внеземного разума (SETI) на протяжении последних шестидесяти лет. Однако есть два существенных момента, которые ставят под сомнение эту точку зрения, как подчеркнул Киппинг в своём последнем исследовании. Он пояснил: «В своей статье я рассматриваю две, несомненно, необычные загадки. Около 80% звёзд — это М-карлики, звёзды, которые, по-видимому, часто содержат каменистые планеты в своих обитаемых зонах, однако мы не живём вокруг них, что я назвал парадоксом красного неба в предыдущей статье. Во-вторых, период звёздообразования во Вселенной продлится до 10 000 млрд лет, но мы живём в первые 0,1% этого окна, когда Вселенной всего 13,8 млрд лет».

Для тех, кто оптимистично верит в существование внеземного разума (ВЗР) и возможность того, что человечество когда-нибудь сможет установить с ним контакт, в пользу этого есть множество аргументов. Во-первых, в Млечном Пути насчитывается от 100 до 200 миллиардов звёзд (хотя по некоторым оценкам это число выше), что открывает безграничные возможности для возникновения жизни. Во-вторых, возраст самой Вселенной (13,8 миллиарда лет) делает нашу Солнечную систему относительно новым участником в космосе, поскольку она образовалась примерно 4,6 миллиарда лет назад. Учитывая эти два неоспоримых факта, статистическая вероятность существования развитой жизни в нашей галактике весьма высока.

Однако Киппинг отмечает, что эти два утверждения имеют свои недостатки, и что современная астрономия предоставила более подробную информацию об астрономических объектах, что меняет ситуацию. «Да, Солнце — одна из миллиардов звёзд, но ряд свойств явно выделяет его среди этой выборки», — сказал он. «Например, звёзды класса G-карлики составляют лишь несколько процентов от общей популяции, и даже среди них Солнце выглядит несколько странно, представляя собой довольно спокойную одиночную звёздную систему, сопровождаемую двумя планетами размером с Юпитер (лишь около 10% аналогов Солнца имеют Юпитеры)».

Присутствие Юпитера и других планет-гигантов во внешних областях Солнечной системы многие учёные считают необходимым условием существования жизни. Благодаря своему гравитационному притяжению, объекты, направляющиеся во внутреннюю часть Солнечной системы, часто захватываются этими гигантами и даже сталкиваются с ними, как это показал случай с кометой Шумейкеров-Леви 9, которая столкнулась с Юпитером в 1994 году (что стало первым прямым наблюдением столкновения объектов Солнечной системы). Кроме того, следует учитывать хронологию развития Вселенной и относительно позднее «присоединение» Солнечной системы к этому празднику.

Хотя почти наверняка условия и строительные блоки для жизни существовали за миллиарды лет до её появления на Земле (примерно 4 миллиарда лет назад), пройдут триллионы лет, прежде чем все звёзды во Вселенной исчерпают своё топливо и умрут. Хотя звёзды, подобные нашему Солнцу, умрут раньше, красные карлики, как ожидается, будут оставаться в фазе главной последовательности до десяти триллионов лет. Учитывая этот длительный период, «звёздообразующий период», упомянутый Киппингом, человечество, возможно, уже раньше присоединилось к этому празднеству, что, возможно, ранее исследовал профессор Гарвардского университета Ави Лёб.

Увы, вопрос о том, могут ли каменистые планеты, вращающиеся в пределах зон гиперболы красных карликов М-типа, поддерживать жизнь, остаётся открытым. Хотя некоторые исследования показали, что планеты земной группы, находящиеся в приливном захвате, могут получать достаточно тепла на своей обращенной к Солнцу стороне для поддержания жидкой воды и благоприятных условий для жизни, другие исследования показали, что природа звёзд М-типа неблагоприятна для жизни. Это включает в себя их нестабильную природу (по сравнению со звёздами типа Солнца), тенденцию к образованию массивных солнечных пятен и склонность к вспышечной активности.

Сюда входят «супервспышки», высвобождающие достаточно электромагнитной энергии, чтобы разрушить атмосферы планет, хотя наблюдения показали, что эти события в основном ограничены полюсами. Чтобы оценить вероятность того, что звёзды M-класса могут быть хорошим объектом для сосредоточения внимания астробиологов (и возможность того, что Земля может быть исключением), Киппинг провёл байесовский статистический анализ двух поднятых им вопросов: редкости звёзд G-класса и «звёздообразующего периода» Вселенной. Как он объяснил, его анализ показал, что существование человечества нельзя объяснить «везением или случайностью»: «В моей статье показано, что вероятность этого составляет 1600:1 против. В науке мы обычно говорим, что любое значение выше 10:1 является убедительным доказательством, а 100:1 — «решающим», поэтому 1600:1 — это поистине огромные шансы для сторонника теории удачи, с которыми можно спокойно считаться. Я рассматриваю два возможных объяснения. Одно заключается в том, что у планет есть конечное время жизни наблюдателей, таких как мы, и второе — что звёзды с массой ниже определённого значения не порождают наблюдателей. Второе объяснение гораздо лучше объясняет данные, и шансы составляют около 30:1. В результате получается пороговое значение, согласно которому звёзды с массой ниже 0,34 солнечной не порождают наблюдателей с 95%-ной достоверностью, что охватывает примерно 2/3 всех звёзд во Вселенной».

Это может быть плохой новостью для тех, кто надеется увидеть множество каменистых планет, вращающихся вокруг близлежащих красных карликов. В радиусе 50 световых лет от Земли существует 30 систем, где подтверждено существование каменистых экзопланет. Из них 28 находятся в системах красных карликов, включая ближайшую каменистую экзопланету за пределами Солнечной системы (Проксима b), расположенную примерно в 4,25 световых годах от нас. Хотя проект Breakthrough Starshot, по всей видимости, застопорился на этапе исследований и разработок, существуют и другие проекты по созданию световых парусных аппаратов, способных добраться до Проксимы Центавра в течение жизни человека, например, концепция Swarming Proxima Centauri.

Тем не менее, эти открытия не исключают возможность существования жизни на планетах, вращающихся вокруг звёзд класса М, но подвергают эту перспективу с изрядной долей скептицизма. В то же время Киппинг подчёркивает, что астробиологическим исследованиям следует расширить фокус и продолжить поиск аналогов Земли, вращающихся вокруг звёзд, подобных Солнцу. Эти исследования получат значительный импульс после запуска в космос предлагаемой Обсерватории обитаемых миров (HWO), что, как ожидается, произойдёт к середине 2040-х годов. Киппинг подытожил: «У нас есть веские основания скептически относиться к гипотезе о наличии сложной жизни в маломассивных звёздах, например, из-за их интенсивных вспышек. Но это всё ещё в значительной степени спекуляции. В моей статье нет подобных рассуждений о механизмах; это всего лишь анализ нашего существования, популяции/эволюции звёзд. Поэтому обнадеживает тот факт, что тот же результат получен совершенно другим аргументом, и, в совокупности, я думаю, это вызывает серьёзные сомнения в целесообразности слишком интенсивного изучения SETI М-карликов. Я, конечно, не предлагаю им отказаться от изучения М-карликов, но призываю будущие программы уделять особое внимание G-карликам (как это сделает HWO)».