Парадокс красного неба объяснили дефицитом подходящих планет и звезд

Астрономы определили возможные решения парадокса красного неба, заключающегося в наблюдательном отсутствии обитаемых миров у красных карликов, которые сильно распространены во Вселенной и способны долго поддерживать стабильную светимость. Ученые считают, что это может быть связано с недостатком потенциально обитаемых планет у подобных звезд, коротким периодом благоприятных для развития разумной жизни условий или неподходящими характеристиками самих звезд. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Вопрос об уникальности Солнечной системы с точки зрения обитаемости волнует астрономов с древнейших времен. Несмотря на то, что статус Солнца как рядовой звезды в космосе признан давно, оно не совсем обычное — масса нашего светила на порядок больше, чем минимальная масса, необходимая для протекания реакций синтеза гелия из водорода, но на два порядка меньше, чем у наиболее массивных наблюдаемых звезд. Если же рассматривать зависимость обитаемости экзопланет от свойств их родительских звезд, то можно заметить, что карликов гораздо больше, чем массивных звезд, в частности, примерно три четверти всех звезд классифицируются как красные карлики, с массами от 0,1 до 0,5 масс Солнца, которые способны существовать несколько миллиардов лет, сохраняя стабильную светимость. С другой стороны, звезды типа О, B, A не только редки (менее одного процента звездного населения), но и существуют лишь в масштабах миллионов лет, что может не дать развиться сложным биологическим формам на планете. 

Таким образом возникает парадокс красного неба, который формулируется так: если красных карликов настолько много, и они существуют долго, то почему родительская звезда Земли — желтый карлик? Во многих отношениях этот парадокс схож с парадоксом Ферми: если предполагается, что жизнь во Вселенной — обычное явление, то почему мы нигде не видим доказательств существования инопланетной жизни?

Дэвид Киппинг (David Kipping) из Колумбийского университета в Нью-Йорке опубликовал возможные пути решения этого парадокса. Для этого он рассмотрел байесовскую функцию вероятности, касающуюся шансов возникнуть на планете у звезд типов F, G, K (солнцеподобные) разумного наблюдателя, при этом процесс возникновения жизни и интеллекта считался как процесс с равномерной скоростью. Кроме того, автор не рассматривал возможность существования жизни у экзопланет вблизи коричневых карликов, звезд до главной последовательности, остатков звезд или на планетах-сиротах.

В итоге было предложено четыре варианта разрешения парадокса. Первый заключается в том, что если разумная жизнь возникает достаточно быстро, то преимущество красных карликов по времени существования исчезает, однако это решение усугубляет парадокс Ферми и противоречит известному на сегодня эволюционному пути жизни на Земле. Второе решение заключается в том, что вероятность появления разумной жизни вблизи красных карликов должна быть, как минимум, на два порядка меньше, чем вероятность появления вблизи карликов FGK-типов. Это решение обладает хорошими теоретическими доказательствами, например в виде повышенной активности красных карликов или приливной блокировки планет у звезд, что ведет к коллапсу атмосферы у скалистой планеты.

Третье решение парадокса красного неба требует, чтобы время существования «обитаемого окна» для красных карликов было в 5 раз меньше, чем для карликов FGK-типов. Такой вывод согласуется с длительностью жизни красных карликов до главной последовательности, составляющей от 200 миллионов лет до 2,5 миллиарда лет. Наконец, четвертое решение заключается в том, что у красных карликов должно быть меньше потенциально обитаемых экзопланет, чем у карликов FGK-типов, подтвердить или опровергнуть эту версию можно определив с большой точностью частоту появления землеподобных планет с умеренным климатом вокруг красных карликов позднего типа.

О том, как астрономы отыскали самую близкую к нам землеподобную экзопланету читайте в материале «Невозможно быть ближе».

Александр Войтюк