Az Egyedül vagyunk? sorozat első részében a vörös törpék környezetének lakhatóságát vizsgáltam meg, jelen részben pedig arra keresem a választ, hogy milyen széles is a lakhatósági zóna a galaxisban?

A lakhatósági zóna a nap- vagy csillagrendszereken belül a csillagtól mért azt a távolsági zónát jelenti, ahol a bolygón vagy holdon a víz mindhárom halmazállapotában (jég, folyékony víz, pára) jelen van. Némiképp mást jelent azonban galaktikus léptékben.

Ahhoz, hogy egy bolygón, vagy holdon kialakulhasson az élet két alapvető feltételre van szükség: magára a bolygóra vagy holdra és időre, relatíve nyugodt környezetre. Az első feltétel nyilvánvaló, a második talán egy kis magyarázatra szorul. 

A tudományos műsorokból megszokhattuk, hogy a föld jókora katasztrófák helyszíne volt, sőt, azt is megtanulhattuk, hogy ezek a katasztrófák sokszor hasznosak voltak evolúciós szempontból. Ám jóból is megárt a sok, pláne a kihalási eseményekből. A földön az ilyen események viszonylag ritkák voltak, komolyabb esemény ritkábban, mint százmillió évente következtek be, és ezek egy része nem is kozmikus eredetű volt. A késői nagy bombázás pusztítása után csak többszázmillió évente következtek be olyan kihalási események, amelyek vélhetően kozmikus eredetűek voltak. Vagyis a földi élőlényeknek rengeteg idejük az apró különbségek felhalmozására, így igen változatossá válhattak. Aztán persze jött egy nagyobb pusztítás, amelyet csak a legszerencsésebbek és a leginkább alkalmazkodó képesek éltek túl. És utána kezdődött minden elölről.

Ha azonban egy csillag és a kísérői rossz környékre keverednek, akkor az ilyen események túlzottan gyakorivá válnak. Viszonylag gyakran robban fel mellettük szupernóva, vagy csupán a túl gyakori és túl közeli csillagtalálkozások miatt a csillag külső övezeti objektumai újabb aszteroida vagy üstökös bombázást váltanak ki. És ez még a szerencsésebbik eset. Néhány aszteroida vagy üstökös egymást követő becsapódása kihívások elé állíthatja az életet és az evolúciót, de ezt még kis szerencsével sikerrel veheti. Egy plútó méretű törpebolygó találata azonban minden életet eltöröl az égitesten.

Nem túl meglepő módon van aközött összefüggés, hogy mennyire izgalmas egy égitest sorsa és a csillaga galaxison belüli elhelyezkedése között. Olyan összefüggés is van, amely a csillag elhelyezkedése és a kísérői léte, illetve jellege között áll fenn.

Kezdjük az előbbivel, különösen, mivel ilyen téren alapvetően egyetértek John Gribbinel és a véleményét osztókkal. A tejút - és a hozzá hasonló galaxisok - központi dudora aligha alkalmas hely az élet, különösen az intelligens, technikai civilizációt kialakítani képes élet kialakulására. A központi dudorban ugyanis egyrészt némiképp felülreprezentáltak a fekete lyukak, a szupernóva kitörésekre hajlamos csillagok, ráadásul a csillagpályák sem annyira harmonizáltak, mint a spirálkarokban.

Az első oka egyszerű. A gravitációs kölcsönhatások sorozata miatt a nagyobb tömegű objektumok (nagytömegű csillagok, illetve az összességében nagy tömegű kettős- és többescsillagok) hajlamosak besüllyedni a dudorba, miközben kifelé terelik a könnyebb társaikat. Ráadásul egyes galaxisok esetében - a tejút épp ilyen - a dudor aktív csillagkeletkezési régió is, így aztán van utánpótlása a felrobbant csillagoknak. 

Kicsit bonyolultabb a szabálytalan csillagpályák oka, pláne, hogy pont a tejút olyan dudorral rendelkezik, amelyben meglehetősen szinkronizáltak a pályák. Ám ne feledjük, a spirálgalaxisok bonyolult folyamatok, köztük egyesülések gyermekei, és érdekes módon az univerzum hozzánk közelebb eső részében magasabb a spirálgalaxisok aránya, mint a távolabb eső részében. Az ősi időkből pedig bennmaradt a dudor térségében jónéhány olyan csillag, amely nem tudott teljesen szinkronizálódni a többiek keringésével. Ráadásul a központi fekete lyuk térségében annak gravitációja annyira erős, hogy a csillagok mozgását inkább az befolyásolja, mint a társaik keringése. Így aztán a központi dudor területén mindig fennáll az esélye annak, hogy egy csillag meredek szögben keresztezze a többiek pályáját, alaposan összekavarva a csillag körüli égitestek mozgását.

Ugyanakkor a ritka föld elmélet hírdetői a lakhatósági zóna belső határát ennél sokkal kijjebb, a spirálkarok belső régiói magasságában húzzák meg. Érvelésük lényege, hogy a csillagok gyorsabban keringenek a galaxismag körül, mint a gázfelhőké (ami így is van), így azokat rendszeresen keresztezik. A keresztezés ugyan nem nagyon árt közvetlenül a csillag kísérőinek (a gázfelhők sűrűsége valójában kisebb, mint a naprendszer belsejéé), ugyanakkor ezek aktív csillagkeletkezési régiók is, ahol van néhány szupernóvaveszélyes nagytömegű csillag is.

Ez utóbbiban igazuk van, azonban a nagytömegű csillagok ugyan valóban rövid életűek, de azért így is kitartanak néhány millió évig, miközben a szupernóva robbanás egy eléggé rövid esemény - korlátozott pusztítási hatókörrel. Így egy, az eredeti testvéreitől már eltávolodott csillagnak eléggé kicsi az esélye, hogy épp akkor haladjon el egy óriáscsillag veszélyes közelségében, amikor ez felrobban. Persze néhány csillaggal ez szükségképpen megtörténik, de más csillagok még ebben a belső régióban is évmilliárdokon keresztül megúszhatják a kellemetlen találkozást. Pláne, hogy az előbb említett gravitációs kölcsönhatások révén a számunkra érdekes magányos, nem túl nagy tömegű csillagok hajlamosak kifelé sodródni, létük egésze alatt így csökkentve a veszélyes találkozás esélyét.

Ám nem csak belső, hanem külső határa is van a galaktikus lakhatósági zónának. Ennek oka, hogy a komplex élethez rengeteg olyan elem kell, ami csillagászati szempontból fém (vagyis nem hidrogén vagy hélium). Ráadásul nemcsak maguknak kellenek ezek az elemek, hanem kell magához az égitesthez is. Kell egy jókora sziklabolygó vagy hold, ez pedig rengeteg nehéz elemet jelent. Ha a szükséges mennyiségű nehéz elem nem áll rendelkezésre, akkor egy mégoly barátságos csillag körül sem alakulhat ki az élet.

A nehéz elemek a csillagokban keletkeznek, közülük nem egy ráadásul csak a szupernóva robbanás során keletkezik. A többi is nagyobbrészt az ilyen robbanások során szabadul ki a csillagokból. Éppen ezért az élet keletkezése szempontjából megfelelő égitest kialakulása valószínűbb egy fiatal (a napnál legfeljebb 2-3 milliárd évvel idősebb, de inkább vele egyidős vagy fiatalabb) csillag, mint egy öreg csillag körül.

Azt, hogy ma milyen csillagot tartunk alkalmasnak arra, hogy bolygóméretű sziklaobjektumok (bolygók, holdak) legyenek a kísérői között a fémtartalmuk (itt ismét hangsúlyozom: csillagászati szempontból minden fém, ami nem hidrogén vagy hélium) alapján állapítjuk meg. A jelenlegi bolygókutatási adatok alapján úgy tűnik, hogy a nap fémtartalmának kb. 40%-a az az alsó határ, amely felett találtunk a csillagok körül bolygókat, és ami alatt nem. 

Tekintettel arra, hogy a csillagok fémtartalma - és így az életkora - valamint a tejúton elfoglalt helyzete között van egy általános (de nem minden csillagra igaz) összefüggés, mely szerint a fiatal csillagok inkább a spirálkarok belső, míg az idősebb csillagok inkább a külső régióiban foglalnak helyet, ezért logikus a következtetés, hogy a tejút külsőbb övezeteiben nem lehetnek bolygók és így élet sem. Az igazság az, hogy Gribbin a lakható övezet szélességét alig néhány hatezer fényévre teszi a a jelenleg ismert kb. 75000 fényéves sugárból.

Ám érdemes a tényeket részleteiben megvizsgálni! Jelenleg az exobolygó kutatás - a máris elért döbbenetes sikerek ellenére - még igencsak gyerekcipőben jár. Olyannyira, hogy bár több módszerünk is van egy exobolygó kimuatatására, de mindegyik csak meglepően kis távolságból, alkalmas erre, leginkább nényány száz fényéven belül alkalmas erre, és még a legtávolabbi exobolygó is alig 2000 parszekre (valamivel több, mint 6000 fényév) található. Ráadásul a jelenlegi módszereink mindegyike inkább a csillagához nagyon közeli bolygók, mintsem távolabbi bolygók kimutatására alkalmas. Vagyis egy a Naphoz hasonló csillagrendszer bolygóit valójában csak nagyon nagy szerencsével, vagy még úgy sem tudjuk kimutatni.

Mit jelent mindez? Csupán azt, hogy az alacsony fémtartalmú csillagok - nagyobb számban - olyan messze vannak tőlünk, hogy a jelenlegi észlelési technológiánkkal egyszerűen képtelenek vagyunk ebből a távolságból észlelni, hogy van-e bolygó körülötte. A hozzánk közelebbi alacsony fémtartalmú csillagok esetében pedig épp azért nem nagyon találunk körülöttük bolygót, amiért egyáltalán az észlelési távolságon belül van: a csillagtömegű kísérők miatt.

A csillagtömegű kísérők (vagyis kettős vagy többes csillagok) mind bolygókeletkezési, mind észlelési szempontból gázos ügynek számítanak. A csillagoknak ugyanis nem véletlen vannak kísérőik, legyenek azok akár bolygók, akár csillagok. A csillag keletkezése során ugyanis az összehúzódó anyag megőrzi a rendszer eredeti perdületét, amitől a keletkezésben lévő csillag forgása igencsak fegyorsul. Olyan mértékben, hogy ha pl. a nap nem veszítette volna el a perdülete legnagyobb részét, akkor a felszínén már relativisztikus (a fény sebességéhez közeli) sebességgel mozognának a részecskék. Nem nehéz elképzelni, hogy az így létrejövő centrifugális erő még azelőtt megállítja a csillag anyagának az összehúzódását, mielőtt bármiféle magfúziós folyamat megindulna.

Vagyis a csillagnak ahhoz, hogy valóban csillag legyen meg kell szabadulnia a perdületétől. Csakhogy a perdületet csak átadni lehet, elveszíteni nem, így kell valami, ami átveszi a perdületet. A csillagkeletkezés során ezt a feladatot a kialakuló kísérők (legyenek akár bolygók, akár csillagok) látják el, amelyek a pályaváltozásukkal átveszik a keletkező csillag perdületének legnagyobb részét. Pl. a naprendszerben a nap viszi a tömeg kb. 98 %-át, ellenben a bolygórendszer viszi a naprendszer perdületének 99%-át. Azt, hogy egy adott objektum mennyi perdületet vesz át (és alakít keringési energiává) azt a tömege és persze a bekövetkező pályaváltozás határozza meg. Vagyis a naprendszerben valószínűleg a Jupiter és a Szaturnusz vitte el a perdület legnagyobb részét - pusztán az elképesztő tömegük miatt.

Egy csillag jóval nagyobb, mint a Jupiter, így persze jóval több perdületet is tud átvenni, így a kettős vagy többes csillagok keletkezése során a kezdeti perdület leginkább maguknak a csillagoknak a közös tömegközéppont körüli keringési energiájává alakult át, kevesebb maradt amit a keletkező bolygóknak adhattak volna. Éppen ezért valószínű, hogy eleve kevésbé fejlett bolygórendszer alakul ki az ilyen csillagok körül. Ráadásul a bolygók pályája vagy nagyon bonyolult lesz (ha a csillagok viszonylag távol vannak egymástól) vagy nagyon távol lesznek a rendszer közös tömegközéppontjától. Sajnos mindkettő kivállóan alkalmas arra, hogy a jelenlegi észlelési módszereink számára szinte lehetetlenné tegye az észlelést.

Ráadásul a kísérők nem mindig maradnak kísérők. A más csillagokkal való találkozások során a legtávolabbi kísérők hajlamosak letérni a pályáikról, melynek során akár végleg is búcsút mondhatnak az anyacsillaguknak, és az így elkóborolt égitestek csak tovább fokozzák a galaktikus zűrzavart. Például azért, mert a fentebb leírtak miatt egy magányos csillag esetében mindenképpen arra számítanánk, hogy vannak bolygói. Ugyanakkor ha a csillag egy másik csillag kísérője volt eredetileg, akkor lehet, hogy soha nem is voltak saját kísérői, vagy elveszítette azokat a saját kiszakadása során.  A másik oldalról viszont, a kiszakadás során egy csillag akár olyan kísérőt is magával ragadhat, aminek a kialakulása erősen valószínűtlen az adott csillag környezetében (például túl nagy a relatív tömege a csillaghoz képest).

Visszatérve a csillagok fémtartalmára, a perdület elvesztése miatt azért a legtöbb magányos és közeli kettős csillag esetében felettébb valószínű egy vagy több kísérő bolygó jelenléte, függetlenül a csillagok fémtartalmától. Az megint más kérdés, hogy egyrészt mi lett a kísérők sorsa és hogy milyen azok összetétele. Mert igen, a kísérők meg is semmisülhetnek az árapályerők révén (pl. a gömbhalmazokban ez felettébb valószínű), el is szakadhatnak az anyacsillaguktól, vagy csak olyan távolabbi - és körpályához közeli - pályára állhatnak, ami komoly kihívások elé állítja az észlelni kívánó kutatókat.

Persze, ha egy csillagnak alacsony a fémtartalma, akkor vélhetően a kísérőivel is ez lesz a helyzet, hiszen ugyanazon anyagból jönnek létre. Ez igaz, csakhogy inkább igaz a rendszer egészére, mint az egyes objektumokra. Ha naprendszer napon kívüli anyagát összeszednénk egyetlen égitestbe (egy szuper Jupiterbe), akkor azt látnánk, hogy annak összetétele erősen emlékeztet a napéra. Ha a fiatal naprendszer anyagával tennénk ezt (közvetlenül a nap begyulladása után) akkor szinte teljes egyezést találnánk. Az eltelt időben egyrészt került be némi anyag a csillagközi térből a naprendszerbe (jobbára fémek) és a rendszer is veszített némi anyagot (nagyobbrészt hidrogént és héliumot). De az eltérés máig sem jelentős. Ám ha az egyes égitesteket vizsgáljuk, már teljesen más képet kapunk. A föld tömegének szinte elhanyagolhatóan kis részét képezik az olyan könnyű anyagok, mint a hidrogén vagy a hélium - a hatalmas és mély óceánok ellenére. A Jupiter tömegének elhanyagolhatóan kis részét képezik az olyan anyagok, mint a szén és az oxigén. Vagyis a különböző égitestek különböző anyagokat gyűjtenek össze. Vagy inkább különböző anyagokat képesek megtartani.

A kis tömegű, és a csillag erős sugárzásának kitett objektumok nem túl jók a könynű elemek megtartásában. Míg az olyan óriások, mint a Jupiter mindenféle anyagot képesek megtartani, szinte bármilyen pályán is legyenek a csillag körül, ami önmagában nem tépi szét őket. A csillagtól távol, ahol csak gyenge sugárzás van, a kisebb tömegű égitestek is képesek lehetnek megtartani a könnyű elemekt, bár általában csak vegyileg kötött formában (példáula hidrogént víz vagy ammónia formájában).

Mindez mit jelent? Csupán azt, hogy élet kialakulására alkalmas kőzet égitestek minden olyan csillag esetében megjelenhetnek, amelynek a kezdeti anyaga a csillag tömegében lévőn kívül elegendő fémet tartalmaz ehhez. A fémtartalom csökkenésével ennek a valószínűsége is esik, de csak akkor éri el a nullát, ha a kezdeti fémtartalmom csillagra nem eső része kevesebb, mint egy, az élet kialakulására alkalmas bolygó tömege. Az igazság az, hogy valójában inkább ennek a sokszorosára van szükség, hiszen általában nem egy bolygó alakul ki, és fémeket mindegyik bolygó fog tartalmazni. Ugyanakkor nem kizárható olyan eseménysor, amelynek során a bolygók elveszítik a könnyű alemeik legnagyobb részét és az ütközések során egyetlen bolygóban egyesülnek (habár igen-igen-igen valószerűtlen eseménysor). Ráadásul még a túl alacsony fémtartalmú kísérőkkel bíró csillagokkal is megeshet, hogy elkóborolt égitesteket fognak be, így a rendszer későbbi fejlődése során is szert tehet a rendszer némi extra nehéz elemre.

Ám nemcsak emiatt lehet magasabb egy a tejútrendszer korongjában kijebb keringő csillag vagy kísérőnek fémtartalma. Ahogy azt korábban említettem, van egy általános összefüggés a kor (és így a fémtartalom) valamint a tejúton elfoglalt pálya között. Ám ez az összefüggés statisztikai jellegű, és ahogy ez a statisztikával lenni szokott, pontosabban árulkodik a rendszer egészéről, mint az egyes elemeiről. Vagyis a tejút korongjának azon a részén, ahol a csillagok fémtartalma alacsonyabb, mint amely bármely elmélet szerint alkalmas élet hordozására alkalmas égitest fenntartására is lehetnek olyan csillagok - igaz csak igen kis arányban - amelyek fémtartalma még elegendő ehhez. 

Néhány tucat csillag, gondolhatnánk nem sokat számít. Ám a tejút csillagainak több, mint kétharmad része abban a zónában kering, amit John Gribbin alkalmatlannak tart az élet hordozására. Ez a jelenlegi ismereteink szerint több, mint 200 milliárd csillag. És ez a szám vélhetően csak növekedni fog, ahogy egyre jobban megismerjük a tejutat. Ha ezek csak egymilliomod része (ami azért eléggé alacsony arány) ugrik ki a statisztikai szórásból annyira, hogy lehessen körülöttük nagytömegű kőzet égitest, akkor is több százezer csillagról beszélünk. Ez már egy picit több, mint amit statisztikailag elhanyagolhatnánk.

De hogyan kerülhetnek ezek a csillagok oda? Nos, két úton is. Egyrészt egy részük kis tömegű, fiatal magányos csillag lehet, amely a belsőbb régiókban több közeli találkozást átélt kettős, vagy többes csillagokkal, és magával vitte azok mozgási energiáinak egy részét. Ez az extra mozgási energia pedig kijebb sodorta az öregebb csillagok közé. 

És mi van ezen csillagok bolygóival? Nos, ez igazából azok korábbi pályáitól függ. A távolabbi bolygók az ilyen találkozások során könnyen letérhetnek a pályájukról, vagy a rendszer belseje, vagy kifelé. Az utóbbi esetben vélhetően ezek a bolygók elszakadnak. A befelé induló bolygók sorsa már bonyolultabb, lényegében véve vagy új stabil pályát vesznek fel, vagy egyesülnek egy másik égitesttel. A belsőbb bolygók pályája viszont még akár egy ilyen közeli találkozás során is viszonylag háborítatlan maradhat - persze ez attól függ, hogy mennyire közeli is a találkozás.

A másik lehetőség a magasabb fémtartalmomra a vakszerencse. Pontosabban az, hogy egy kialakulóban lévő csillag esetleg elég közel van egy szupernóva robbanáshoz. A robbanás során ugyanis a felrobbanó csillag anyaga nagyjából egy gömbhéjnak megfelelően tágul. A közeli csillagok és protocsillagok több, míg a távolabbiak kevesebb anyagot - többek között fémeket - tudnak magukhoz gyűjteni. Vagyis egy különösen szerencsés csillag pusztán a robbanáshoz való közelsége okán elegendő anyagot - benne fémeket - gyűjthetett magához, hogy messze kilógjon a tényleges saját populációjából.

Mi ennek a valószínűsége? Egy csillagra vetítve kevés. Ugyanakkor egy csillagkeletkezési nyílt halmaznak gyakorlatilag mindenképpen lesz egy-két szerencsés nyertese, amely extra fémtartalomhoz juthat a többiekhez képest. Ráadásul - bár igen-igen-igen kis valószínűséggel - egy csillagnak később is lehet szerencséje, ha épp áthalad egy nyílt halamzon, vagy épp mellette robban fel egy I-es típusú szupernóva.

Visszatérve az eredeti kérdésre - avagy mekkora is a galaktikus lakhatósági zóna - azt a választ kapjuk, hogy igencsak kiterjedt. Élet hordozására alkalmas égitestek a dudoron - és talán a galaktikus halo-n - kívűl szinte bárhol előfordulhatnak, bár igen különböző valószínűséggel. Továbbra is a galaktikus korong belső, néhány ezer fényév széles sávja a legvalószínűbb hely egy intelligens élet kialakulására, ugyanakkor a külső régiók sem zárhatóak ki teljesen. Különösen, hogy a tejút csillagainak legnagyobb része ott helyezkedik el, így az alacsony valószínűségek mellett is igen nagy számú jelölt fordulhat elő. Különös tekintettel arra, hogy a csillagkeletkezési folyamatok elkerülhetetlen melléktermékei a kísérők, még ha azok gyakran maguk is csillagok. Ám nem mindegyikük és egy csillagnak legalább bolygók kellenek ahhoz, hogy elegendő perdülettől megszabaduljon.