قابلية سكن أنظمة النجوم من النوع G في التسلسل الرئيسي

تُحدد قابلية سكنى أنظمة الأقزام الصفراء مدى ملاءمة الكواكب الخارجية التابعة لهذه النجوم للحياة . وتُعد هذه الأنظمة محط اهتمام المجتمع العلمي لأنها تُعتبر ، إلى جانب تلك التابعة للنجوم من النوع K ، الأكثر ملاءمة لاحتضان الكائنات الحية . ^{[ 1 ]}

تُشكل الأقزام الصفراء نجوم النوع G في التسلسل الرئيسي ، بكتل تتراوح بين 0.9 و1.1 كتلة شمسية ، ودرجات حرارة سطحية تتراوح بين 5000 و6000 كلفن ، مثل الشمس. ^{[ 2 ] [ 3 ]} وهي ثالث أكثر النجوم شيوعًا في مجرة ​​درب التبانة ، والوحيدة التي تتطابق فيها المنطقة الصالحة للسكن تمامًا مع المنطقة الصالحة للسكن فوق البنفسجية. ^{[ 2 ] [ 4 ]}

بما أن المنطقة الصالحة للسكن تقع على مسافة أبعد في النجوم الأكثر ضخامة وإضاءة، فإن المسافة بين النجم الرئيسي والحافة الداخلية لهذه المنطقة تكون أكبر في الأقزام الصفراء منها في الأقزام الحمراء والبرتقالية . ^{[ 5 ]} لذلك، فإن الكواكب الموجودة في هذه المنطقة من نجوم النوع G تكون في مأمن من الانبعاثات النجمية الشديدة التي تحدث بعد تكوينها، ولا تتأثر بجاذبية نجمها بنفس القدر الذي تتأثر به الكواكب التابعة للأجرام النجمية الأصغر حجمًا. ^{[ 6 ] [ 7 ]} وبالتالي، فإن جميع الكواكب في المنطقة الصالحة للسكن لهذه النجوم تتجاوز حد التزامن المدّي ، ولذلك فإن دورانها لا يتزامن مع مدارها . ^{[ 7 ]}

تُمثل الأرض ، التي تدور حول قزم أصفر، المثال الوحيد المعروف على الكواكب الصالحة للسكن. ولهذا السبب، يتمثل الهدف الرئيسي في مجال علم الكواكب الخارجية في إيجاد كوكب يُشابه الأرض في خصائصها الأساسية، مثل الحجم ومتوسط ​​درجة الحرارة والموقع حول نجم مشابه للشمس. ^{[ 8 ] [ 9 ]} ومع ذلك، فإن القيود التقنية تُصعّب العثور على هذه الأجرام إما بسبب ندرة عبورها أو صغر سعة نصف سرعتها الشعاعية ، وكلاهما ناتج عن المسافة التي تفصلها عن نجومها أو محورها شبه الرئيسي . ^{[ 10 ] [ 11 ]}

تُعرف النجوم القزمة الصفراء بأنها نجوم من الفئة G في التسلسل الرئيسي ، بكتلة تتراوح بين 0.9 و1.1 كتلة شمسية ، ^{[ 2 ]} ودرجات حرارة سطحية تتراوح بين 5000 و6000 كلفن . ^{[ 3 ]} ولأن الشمس نفسها قزمة صفراء من النوع G2V، ^{[ 12 ]} تُعرف هذه النجوم أيضًا باسم نظائر الشمس . ^{[ 13 ] [ 14 ]} وهي تحتل المرتبة الثالثة بين أكثر نجوم التسلسل الرئيسي شيوعًا، بعد الأقزام الحمراء والبرتقالية ، بنسبة تمثيل تبلغ 10% من إجمالي نجوم مجرة ​​درب التبانة . ^{[ 2 ]} وتبقى في التسلسل الرئيسي لمدة تقارب 10 مليارات سنة. بعد الشمس، أقرب نجم من النوع G إلى الأرض هو ألفا قنطورس أ ، الذي يبعد 4.4 سنة ضوئية وينتمي إلى نظام نجمي متعدد. ^{[ 2 ] [ 15 ]}

تمر جميع النجوم بمرحلة نشاط مكثف بعد تكوينها نتيجة دورانها ، الذي يكون أسرع بكثير في بداية حياتها. ^{[ 6 ]} وتختلف مدة هذه الفترة تبعًا لكتلة النجم: إذ يمكن للنجوم الأقل كتلة أن تبقى في هذه الحالة لمدة تصل إلى 3 مليارات سنة، مقارنةً بـ 500 مليون سنة للنجوم من النوع G. ^{[ 16 ] [ 17 ]} تكشف دراسات أجراها فريق إدوارد غينان ، عالم الفيزياء الفلكية بجامعة فيلانوفا ، أن الشمس كانت تدور أسرع بعشر مرات في بداياتها. ولأن سرعة دوران النجم تؤثر على مجاله المغناطيسي ، كانت انبعاثات الشمس من الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية أشد بمئات المرات مما هي عليه اليوم. ^{[ 6 ]}

قد يؤدي امتداد هذه المرحلة في الأقزام الحمراء، بالإضافة إلى احتمال حدوث اقتران مدّي ^{[ 18 ]} بين كواكبها الصالحة للسكن المحتملة وبينها، إلى محو المجال المغناطيسي لهذه الكواكب، مما ينتج عنه فقدان معظم غلافها الجوي ومياهها إلى الفضاء نتيجة تفاعلها مع الرياح النجمية . ^{[ 6 ]} في المقابل، فإن نصف المحور الرئيسي للأجرام الكوكبية التي تنتمي إلى المنطقة الصالحة للسكن حول النجوم من النوع G واسع بما يكفي للسماح بدوران الكوكب. ^{[ 7 ] [ 19 ]} علاوة على ذلك، فإن مدة فترة النشاط النجمي المكثف قصيرة جدًا بحيث لا تسمح بإزالة جزء كبير من الغلاف الجوي للكواكب ذات الكتل المماثلة لكتلة الأرض أو الأكبر منها، والتي تمتلك جاذبية وغلافًا مغناطيسيًا قادرين على مقاومة تأثيرات الرياح النجمية. ^{[ 17 ]}

تختلف المنطقة الصالحة للسكن حول الأقزام الصفراء تبعًا لحجمها ولمعانها، مع أن حدها الداخلي يقع عادةً عند 0.84 وحدة فلكية ، وحدها الخارجي عند 1.67 وحدة فلكية في قزم من فئة G2V كالشمس. ^{[ 20 ]} أما بالنسبة لنجم من فئة G5V بنصف قطر 0.95 من نصف قطر الشمس - أصغر من الشمس - فإن المنطقة الصالحة للسكن تقع بين 0.8 و1.58 وحدة فلكية بالنسبة للنجم. وبالنسبة لنجم من فئة G0V - أكبر من الشمس - فإنها تقع على مسافة تتراوح بين 1 و2 وحدة فلكية من النجم. ^{[ 21 ]} في المدارات الأصغر من الحد الداخلي للمنطقة الصالحة للسكن، تبدأ عملية تبخر الماء، وانفصال الهيدروجين بالتحلل الضوئي ، وفقدان الهيدروجين إلى الفضاء عبر الهروب الهيدروديناميكي . ^{[ 22 ]} خارج الحدود الخارجية للمنطقة الصالحة للسكن، ستنخفض درجات الحرارة بما يكفي للسماح بتكثيف ثاني أكسيد الكربون _، مما سيؤدي إلى زيادة البياض وانخفاض تأثير الاحتباس الحراري بشكل تدريجي حتى يحدث تجلد عالمي دائم. ^{[ 23 ]}

يتناسب حجم المنطقة الصالحة للسكن تناسبًا طرديًا مع كتلة النجم ولمعانه، فكلما كبر النجم، اتسعت المنطقة الصالحة للسكن وابتعدت عن سطحه. ^{[ 5 ]} تتميز الأقزام الحمراء، وهي أصغر نجوم التسلسل الرئيسي، بمنطقة صالحة للسكن صغيرة جدًا بالقرب منها، مما يجعل أي كواكب قد تكون صالحة للسكن في النظام عرضة لتأثيرات نجمها، بما في ذلك احتمالية التزامن المداري . ^{[ 24 ]} حتى في قزم أصفر صغير مثل تاو سيتي ، من النوع G8.5V، يبلغ حد التزامن المداري 0.4237 وحدة فلكية، مقابل 0.522 وحدة فلكية التي تحدد الحد الداخلي للمنطقة الصالحة للسكن، لذا فإن أي جرم كوكبي يدور حول نجم من الفئة G في هذه المنطقة سيتجاوز حد التزامن المداري بكثير، وسيكون له دورات نهارية ليلية مثل الأرض. ^{[ 25 ]}

في الأقزام الصفراء، تتطابق هذه المنطقة تمامًا مع منطقة صلاحية السكن في نطاق الأشعة فوق البنفسجية. ^{[ 4 ]} تُحدد هذه المنطقة بحد داخلي يتجاوزه التعرض للأشعة فوق البنفسجية، مما يُصبح مُفرطًا في التأثير على الحمض النووي ، وبحد خارجي يُوفر الحد الأدنى من المستويات اللازمة للكائنات الحية للقيام بعملياتها الحيوية. ^{[ 26 ]} في النظام الشمسي ، تقع هذه المنطقة بين 0.71 و1.9 وحدة فلكية بالنسبة للشمس، مقارنةً بالنطاق الذي يتراوح بين 0.84 و1.67 وحدة فلكية والذي يُمثل أقصى حدود منطقة صلاحية السكن. ^{[ 4 ] [ 20 ]}

بالنظر إلى طول التسلسل الرئيسي في النجوم من النوع G، ^{[ 27 ]} ومستويات الأشعة فوق البنفسجية في منطقتها الصالحة للسكن ، ^{[ 4 ]} والمحور شبه الرئيسي للحدود الداخلية لهذه المنطقة ^{، [ 20 ]} والمسافة إلى حد التزامن المدّي ، ^{[ 28 ]} من بين عوامل أخرى، تُعتبر الأقزام الصفراء الأكثر ملاءمة للحياة بعد النجوم من النوع K. ^{[ 1 ]}

يتمثل أحد أهداف أبحاث الكواكب الخارجية في العثور على جرم سماوي يمتلك الخصائص الرئيسية لكوكبنا، مثل نصف القطر والكتلة ودرجة الحرارة وتكوين الغلاف الجوي، وأن ينتمي إلى نجم مشابه للشمس. ^{[ 9 ] [ 29 ]} نظريًا، ينبغي أن تتمتع هذه الأجرام الشبيهة بالأرض بظروف معيشية مماثلة تسمح بانتشار الحياة خارج كوكب الأرض . ^{[ 9 ] [ 30 ]}

استنادًا إلى المشكلات الخطيرة التي تواجه صلاحية الكواكب للحياة في أنظمة الأقزام الحمراء والأجرام النجمية من النوع F أو أعلى، فإن النجوم الوحيدة التي قد توفر سيناريو مقبولًا للحياة هي تلك من النوعين K وG. ^{[ 1 ]} كانت تُعتبر نظائر الشمس سابقًا المرشحة الأقوى لاستضافة نظام كوكبي شبيه بالشمس، والأفضل استعدادًا لدعم أشكال الحياة القائمة على الكربون والمحيطات المائية السائلة . ^{[ 31 ]} أثبتت دراسات لاحقة، مثل دراسة "عوالم فائقة الصلاحية للحياة" ^{[ 32 ]} لرينيه هيلر وجون أرمسترونغ، أن الأقزام البرتقالية قد تكون أكثر ملاءمة للحياة من الأقزام من النوع G، وأنها قد تستضيف كواكب افتراضية فائقة الصلاحية للحياة . ^{[ 4 ] [ 33 ]}

مع ذلك، لا تزال الأقزام الصفراء تمثل النوع النجمي الوحيد الذي توجد أدلة على ملاءمته للحياة. علاوة على ذلك، فبينما لا تتطابق المنطقة الصالحة للسكن في أنواع النجوم الأخرى تمامًا مع المنطقة الصالحة للسكن فوق البنفسجية، فإن المنطقة الصالحة للسكن في نجوم الفئة G تقع بالكامل ضمن حدود الأخيرة. ^{[ 4 ]} أخيرًا، تتميز الأقزام الصفراء بمرحلة أولية أقصر بكثير من النشاط النجمي المكثف مقارنةً بنجوم النوع K والنوع M، مما يسمح للكواكب التي تنتمي إلى نظائر شمسية بالحفاظ على أغلفةها الجوية البدائية بسهولة أكبر، والاحتفاظ بها لجزء كبير من التسلسل الرئيسي . ^{[ 17 ]}

تم اكتشاف معظم الكواكب الخارجية بواسطة تلسكوب كيبلر الفضائي ، الذي يستخدم طريقة العبور لاكتشاف الكواكب حول الأنظمة النجمية الأخرى. ^{[ 34 ] [ 35 ]} تعتمد هذه الطريقة على تحليل سطوع النجوم للكشف عن انخفاضات في السطوع تشير إلى مرور جرم سماوي أمامها من منظور المرصد. ^{[ 36 ]} وهي الطريقة الأكثر نجاحًا في أبحاث الكواكب الخارجية ، إلى جانب طريقة السرعة الشعاعية ، ^{[ 37 ]} التي تعتمد على تحليل الاهتزازات التي تحدث في النجوم بفعل جاذبية الكواكب التي تدور حولها. ^{[ 38 ]} إلا أن استخدام هذه الطرق مع محدودية التلسكوبات الحالية يجعل من الصعب العثور على أجرام ذات مدارات مشابهة لمدار الأرض أو أعلى منه، مما يُؤدي إلى تحيز لصالح الكواكب ذات المحور شبه الرئيسي القصير . ^{[ 29 ]} ونتيجة لذلك، فإن معظم الكواكب الخارجية المكتشفة إما شديدة الحرارة ^{[ 38 ]} أو تنتمي إلى نجوم منخفضة الكتلة، والتي تقع منطقتها الصالحة للسكن بالقرب منها، وأي جسم يدور في هذه المنطقة سيكون له سنة أقصر بكثير من سنة الأرض. ^{[ 10 ]}

تستغرق الأجرام الكوكبية التي تقع في المنطقة الصالحة للسكن حول الأقزام الصفراء، مثل كيبلر-22ب ، و82 جي. إريداني د، أو الأرض ، مئات الأيام لإكمال دورة كاملة حول نجمها. ^{[ 39 ] [ 11 ]} يُقلل سطوع هذه النجوم العالي، وندرة عبورها، ووجود المحور شبه الرئيسي لكواكبها في المنطقة الصالحة للسكن، من احتمالات رصد هذا النوع من الأجرام، ويزيد بشكل ملحوظ من عدد النتائج الإيجابية الخاطئة ، كما في حالتي KOI-5123.01 وKOI-5927.01. ^{[ 40 ] [ 41 ]} قد تُسهم المراصد الأرضية والفضائية المُزمع إنشاؤها خلال السنوات العشر القادمة في زيادة اكتشاف نظائر للأرض في أنظمة الأقزام الصفراء. ^{[ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ]}

• علم الأحياء الفلكي
• المنطقة الصالحة للسكن حول النجم
• نظير الأرض
• كوكب فائق الصلاحية للسكن
• قابلية سكن الأقمار الطبيعية
• قابلية سكن أنظمة الأقزام الحمراء
• قابلية سكن أنظمة النجوم من النوع K في التسلسل الرئيسي
• قابلية سكن أنظمة النجوم من النوع F في التسلسل الرئيسي
• قائمة الكواكب الخارجية التي يُحتمل أن تكون صالحة للسكن

• هيلر، رينيه؛ أرمسترونغ، جون (2014). "عوالم فائقة الصلاحية للسكن" . علم الأحياء الفلكي . 14 (1): 50-66 . arXiv : 1401.2392 . Bibcode : 2014AsBio..14...50H . doi : 10.1089/ast.2013.1088 . PMID: 24380533. S2CID : 1824897 .  
• كاستينغ، جيمس ف.؛ ويتمير، دانيال ب.؛ رينولدز، راي ت. (1993). "المناطق الصالحة للسكن حول نجوم التسلسل الرئيسي". إيكاروس . 1 (101): 101-128 . Bibcode : 1993Icar..101..108K . doi : 10.1006/icar.1993.1010 . PMID 11536936 . 
• بيريمان، مايكل (2011). دليل الكواكب الخارجية . مطبعة جامعة كامبريدج . ISBN 978-0-521-76559-6.
• أولمشنايدر، بيتر (2006). الحياة الذكية في الكون: المبادئ والمتطلبات الكامنة وراء ظهورها (سلسلة التقدم في علم الأحياء الفلكي والجيوفيزياء الحيوية) . سبرينغر. ISBN 978-3540328360.