Суперкомпьютер нашел лучшие места для жизни во Вселенной — Млечный Путь среди них

Для жизни мало оказаться на подходящем расстоянии от своей звезды. Можно получить планету с жидкой водой и устойчивым климатом, но поселить ее в такой части галактики, где рядом постоянно взрываются массивные звезды, случаются гамма-всплески или бушует активное галактическое ядро. Астрономы решили расширить привычное понятие обитаемой зоны до масштабов всей Вселенной и с помощью суперкомпьютерной симуляции выяснили, какие галактики создают наиболее спокойную среду для потенциальной жизни.

Исследователи использовали проект EAGLE — крупномасштабное моделирование формирования и эволюции галактик. В виртуальной Вселенной компьютер прослеживает расширение пространства, действие гравитации, движение газа, рождение и гибель звезд, образование тяжелых химических элементов и активность сверхмассивных черных дыр. Получается своеобразная космическая история продолжительностью в миллиарды лет, в которой можно исследовать не отдельную планету, а статистику огромного числа галактических сред.

Но компьютер, конечно, не искал инопланетян. Авторы построили модель потенциальной обитаемости на основании нескольких условий, которые считаются важными для появления и длительного существования сложной химии и планет. Поэтому результат показывает не вероятность возникновения жизни как таковой, а количество мест, где для нее предположительно складывается более благоприятная астрофизическая обстановка.

Первое условие — наличие тяжелых элементов. В астрономии все элементы тяжелее гелия называют металлами. Углерод, кислород, кремний, железо и множество других веществ, необходимых для каменистых планет и известной нам биохимии, не появились в достаточном количестве сразу после Большого взрыва. Их производили поколения звезд, постепенно обогащая межзвездный газ.

Поэтому самые ранние галактики были плохим местом для планет земного типа: строительного материала еще не хватало. Но и простая формула «чем больше металлов, тем лучше» не работает. Высокая металличность влияет на архитектуру планетных систем и вероятность образования гигантских планет. Авторы поэтому учитывали диапазон химических условий, который по современным данным выглядит более благоприятным для появления каменистых миров.

Затем начинаются космические опасности. Массивные звезды заканчивают жизнь сверхновыми и облучают окружающее пространство. Еще более экстремальны гамма-всплески — редкие события, способные на значительном расстоянии серьезно воздействовать на атмосферу планеты. Гипотеза о связи близкого гамма-всплеска с ордовикским массовым вымиранием на Земле существует, но остается спорной и не считается установленной причиной этого события.

Опасность зависит не только от мощности взрыва, но и от плотности звездного окружения. В тесно населенных областях чаще происходят близкие звездные встречи, способные возмущать внешние части планетных систем и облака комет. Поэтому галактический центр, несмотря на изобилие звезд и тяжелых элементов, не обязательно оказывается лучшим местом для длительной спокойной эволюции жизни.

Еще один фактор — сверхмассивные черные дыры. Сама черная дыра на большом расстоянии планете практически ничем не угрожает. Проблема возникает, когда она активно поглощает газ. Тогда галактическое ядро превращается в мощный источник высокоэнергетического излучения, потенциально опасного для атмосфер планет в достаточно близких областях.

Все эти факторы создают космический вариант «зоны Златовласки». Молодая галактика может активно производить новые звезды и необходимые химические элементы, но одновременно быть слишком бурной. Очень спокойная среда безопаснее, однако если звездообразование было недостаточным, подходящих планет может оказаться мало. Лучшие условия появляются там, где галактика успела химически созреть, сформировать множество звезд и затем перейти к более спокойной фазе существования.

Именно поэтому галактики, похожие на современный Млечный Путь, показали хорошие результаты. Наша Галактика уже пережила наиболее бурные этапы эволюции, содержит много тяжелых элементов и при этом сегодня производит значительно меньше потенциально стерилизующих событий, чем в молодости. Солнце дополнительно расположено далеко от плотного и активного галактического центра.

По расчетам авторов, за миллиард лет путешествия звезды по современной галактике, подобной Млечному Пути, вероятность столкнуться с экстремальным событием, способным уничтожить жизнь, составляет менее одного случая на тысячу звезд. Это статистическая оценка модели, а не гарантия безопасности конкретной планеты, но она показывает, насколько спокойнее стала зрелая галактическая среда.

Интересно, что небольшие галактики не обязательно выигрывают благодаря меньшему числу звезд и сверхновых. Многие из них имеют менее благоприятную историю химического обогащения или сохраняют относительно интенсивное звездообразование. Поэтому размер галактики сам по себе ничего не решает: важна вся ее эволюционная история.

Модель также обнаружила своеобразный космический компромисс во времени. По мере старения Вселенной все больше звезд получают возможность обзавестись богатыми тяжелыми элементами планетными системами, а многие галактики становятся спокойнее. Одновременно образование новых звезд постепенно замедляется. Поэтому количество новых потенциально пригодных миров не обязано расти бесконечно.

У работы есть фундаментальное ограничение: ученые пока знают только одну планету с жизнью. Мы не знаем, насколько легко она возникает, обязательно ли ей нужна земная биохимия, насколько хорошо биосфера переживает радиационные катастрофы и какие условия действительно необходимы для появления сложных организмов. «Обитаемость» в такой симуляции неизбежно определяется набором предположений.

Тем не менее исследование меняет масштаб привычного вопроса. Поиск жизни начинается не только с выбора подходящей планеты и звезды: значение имеет история всей галактики, в которой эта система сформировалась. И в этом отношении положение Земли выглядит удачно. Мы находимся не только на подходящем расстоянии от Солнца, но и в зрелой галактике, которая успела произвести необходимые химические элементы и к нашему времени заметно успокоиться.