لكي تؤوي الحياة، على الأقل كما نعرفها، يجب أن يدور الكوكب حول نجم هادئ ومستقر نسبيًا. يجب أيضًا أن يكون مدار الكوكب دائريًا تقريبًا حتى يتعرض الكوكب لدفء مماثل طوال العام. ويجب ألا يكون ساخنًا جدًا، حتى لا تغلي المياه السطحية؛ ليس باردًا جدًا، حتى لا يظل الماء محبوسًا في الجليد؛ ولكن بشكل صحيح، بحيث تظل الأنهار والبحار سائلة.

تحدد هذه الخصائص "منطقة صالحة للحياة" حول النجوم، وهي أماكن محيرة يجب استهدافها في البحث عن كواكب خارجية صديقة للحياة. لكن العلماء يُخضعون المجرة بأكملها بشكل متزايد لفحص مماثل. بنفس الطريقة التي تستضيف بها القارات ذات المحيط الحيوي المتميز نباتات وحيوانات متميزة، يمكن لمناطق مختلفة من المجرة أن تؤوي مجموعات مختلفة من النجوم والكواكب. إن التاريخ المضطرب لمجرة درب التبانة يعني أن زوايا المجرة ليست كلها متشابهة، وأن بعض مناطق المجرة فقط قد تكون مناسبة لتكوين الكواكب التي نعتقد أنها يمكن أن تكون مأهولة بالسكان.

وقال إنه بينما يقوم علماء الكواكب الخارجية بضبط أفكارهم حول مكان البحث عن حياة غريبة، فإنهم يفكرون الآن في أصل النجم وجواره. جيسبر نيلسن، عالم فلك في جامعة كوبنهاجن. ترسم عمليات المحاكاة الجديدة، جنبًا إلى جنب مع ملاحظات الأقمار الصناعية التي تبحث عن الكواكب وتراقب ملايين النجوم، صورة لكيفية تشكيل الكواكب بشكل مختلف عن المناطق المجرية المختلفة - وربما حتى المجرات المختلفة.

وقال نيلسن: "وهذا بدوره يمكن أن يساعدنا على فهم أفضل لمكان توجيه تلسكوباتنا".

جغرافية المجرة

اليوم، درب التبانة لديه بنية معقدة. ويحيط بالثقب الأسود المركزي الهائل "الانتفاخ"، وهو كتلة سميكة من النجوم تحتوي على بعض من كبار مواطني المجرة. يتم تغطية الانتفاخ بواسطة "القرص الرقيق"، وهو الهيكل الذي يمكنك رؤيته متعرجًا في السماء في ليلة مظلمة صافية. تم العثور على معظم النجوم، بما في ذلك الشمس، في الأذرع الحلزونية للقرص الرقيق، والتي يحتضنها "قرص سميك" أوسع يحتوي على نجوم أقدم. وتحيط هالة منتشرة، ومعظمها كروية من المادة المظلمة والغاز الساخن وبعض النجوم، بالهندسة المعمارية بأكملها.

على مدى عقدين من الزمن على الأقل، تساءل العلماء عما إذا كانت الظروف الصالحة للسكن تختلف بين تلك الهياكل. تعود أول دراسة حول قابلية الحياة في المجرة إلى عام 2004، عندما قام العلماء الأستراليون تشارلز لاينويفر، ويشي فينر، وبراد جيبسون نموذج التاريخ درب التبانة واستخدمته لدراسة المناطق الصالحة للسكن. لقد أرادوا معرفة أي النجوم المضيفة لديها ما يكفي من العناصر الثقيلة (مثل الكربون والحديد) لتشكيل كواكب صخرية، وأي النجوم كانت موجودة لفترة كافية لتطور الحياة المعقدة، وأي النجوم (وأي كواكب تدور حولها) كانت آمنة من المستعرات الأعظم المجاورة. وانتهى بهم الأمر إلى تحديد "المنطقة المجرية الصالحة للسكن"، وهي منطقة على شكل كعكة دائرية مع ثقب متمركز في وسط المجرة. تبدأ الحدود الداخلية للمنطقة على بعد حوالي 22,000 سنة ضوئية من مركز المجرة، وتنتهي حدودها الخارجية على بعد حوالي 29,000 سنة ضوئية.

وفي العقدين التاليين، حاول علماء الفلك تحديد المتغيرات التي تتحكم في تطور النجوم والكواكب داخل المجرة بشكل أكثر دقة. كيفن شلوفمان، عالم فلك في جامعة جونز هوبكنز. على سبيل المثال، قال إن الكواكب تولد في أقراص غبارية تحيط بالنجوم حديثة الولادة، وببساطة، إذا كان "قرص الكواكب الأولية يحتوي على الكثير من المواد التي يمكن أن تشكل الصخور، فإنه سيخلق المزيد من الكواكب".

قد تكون بعض مناطق المجرة مليئة بمكونات صنع الكواكب بكثافة أكبر من غيرها، ويعمل العلماء الآن على فهم مدى تأثير الأحياء المجرية على الكواكب التي تؤويها.

هنا تكون الكواكب الخارجية

من بين ما يقرب من 4,000 كوكب خارجي معروف، لا يوجد حتى الآن سوى القليل من القواعد التي تحكم أنواع الكواكب التي تعيش فيها؛ لا توجد أنظمة نجمية تبدو تماما مثل منطقتنا، ومعظمهم لا يفعلون ذلك تبدو مثل بعضها البعض إلى حد كبير.

أراد نيلسن وزملاؤه معرفة ما إذا كانت الكواكب قد تتشكل بشكل مختلف في القرص السميك والقرص الرقيق والهالة لمجرة درب التبانة. بشكل عام، تحتوي النجوم ذات الأقراص الرقيقة على عناصر ثقيلة أكثر من النجوم ذات الأقراص السميكة، مما يعني أنها نشأت من السحب التي قد تحتوي أيضًا على المزيد من مكونات صنع الكواكب. باستخدام بيانات من القمر الصناعي غايا لتتبع النجوم التابع لوكالة الفضاء الأوروبية، قام نيلسن وزملاؤه أولاً بفصل النجوم بناءً على وفرة عناصر معينة فيها. ثم قاموا بمحاكاة تكوين الكوكب بين هؤلاء السكان.

محاكاة لهموأظهر الباحثون، الذي نشروه في أكتوبر، أن الكواكب الغازية العملاقة والكواكب الأرضية الفائقة - النوع الأكثر شيوعًا من الكواكب الخارجية - نمت بكثرة أكبر في القرص الرقيق، ربما لأن تلك النجوم (كما هو متوقع) لديها المزيد من مواد البناء للعمل بها. ووجدوا أيضًا أن النجوم الأصغر سنًا التي تحتوي على عناصر ثقيلة أكثر تميل إلى استضافة المزيد من الكواكب بشكل عام، وأن الكواكب العملاقة كانت أكثر شيوعًا من الكواكب الأصغر. وعلى العكس من ذلك، كانت العمالقة الغازية غير موجودة تقريبًا في القرص السميك والهالة.

وقال شلاوفمان، الذي لم يشارك في العمل، إن النتائج منطقية. إن تركيب الغبار والغاز الذي تولد منه النجوم أمر بالغ الأهمية لتحديد ما إذا كانت النجوم ستبني الكواكب أم لا. وعلى الرغم من أن هذا التكوين قد يختلف باختلاف الموقع، إلا أنه قال إنه على الرغم من أن الموقع قد يمهد الطريق لبناء عالم النجم، إلا أنه قد لا يحدد النتيجة النهائية.

تعتبر عمليات محاكاة نيلسن نظرية، لكن بعض الملاحظات الحديثة تدعم النتائج التي توصل إليها.

في يونيو/حزيران، وجدت دراسة باستخدام بيانات من تلسكوب كيبلر الفضائي لصيد الكواكب التابع لوكالة ناسا، أن النجوم الموجودة في القرص الرقيق لمجرة درب التبانة لديها المزيد من الكواكبوخاصة الكواكب الأرضية الفائقة والعوالم التي يقل حجمها عن نبتون، مقارنة بالنجوم الموجودة في القرص السميك. وقال تفسير واحد جيسي كريستيانسن، عالم الكواكب الخارجية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومؤلف مشارك في الدراسة، هو أن النجوم القديمة ذات الأقراص السميكة ربما تكون قد ولدت عندما كانت مكونات صنع الكواكب قليلة، قبل أن تقوم أجيال من النجوم المحتضرة بزرع الكون بالمبنى كتل من العوالم. أو ربما تكون النجوم ذات الأقراص السميكة قد وُلدت في بيئات كثيفة وعالية الإشعاع، حيث يمنع الاضطراب الكواكب الصغيرة من الاندماج على الإطلاق.

وقال كريستيانسن إن الكواكب قد تكون أفضل حالًا في المناطق المفتوحة، مثل الضواحي، بدلاً من المناطق "الحضرية" المكتظة بالسكان. تقع شمسنا في إحدى مناطق الضواحي ذات الكثافة السكانية المنخفضة.

كائنات أخرى

تعد مسوحات كريستيانسن وعمليات محاكاة نيلسن من بين أولى الدراسات التي درست حدوث الكوكب كدالة لجوار المجرة؛ فيدانت شاندرايستعد عالم الفلك في مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية للمضي خطوة أخرى إلى الأمام ودراسة ما إذا كان تكوين الكوكب قد يكون مختلفًا في بعض المجرات التي استهلكتها درب التبانة أثناء نموها. في المستقبل، تأمل نيلسن أن تساعدنا المسوحات والأدوات الدقيقة مثل تلسكوب نانسي جريس الروماني الفضائي القادم التابع لناسا على فهم تكوين الكواكب بنفس الطريقة التي يفهم بها علماء السكان السكان. هل يمكننا التنبؤ بأنواع النجوم التي ستستضيف أنواع الكواكب؟ هل من المرجح أن تتشكل الأرض في أحياء معينة؟ وإذا عرفنا أين ننظر، فهل سنجد شيئًا ينظر إلينا؟

نحن نعلم أننا نعيش في منطقة صالحة للسكن، في عالم يدور حول نجم هادئ. لكن كيف بدأت الحياة على الأرض، ومتى ولماذا، هو السؤال الأكبر في أي مجال من مجالات العلوم. ربما ينبغي للعلماء أيضًا أن يفكروا في قصة أصل نجمنا، وحتى أسلاف النجوم الذين شكلوا ركننا من مجرة ​​درب التبانة، منذ مليارات السنين.

"هل كانت الحياة على الأرض حتمية؟ هل كان الأمر مميزًا؟" سأل شاندرا. "فقط بمجرد أن تبدأ في الحصول على هذه الصورة العالمية ... يمكنك البدء في الإجابة على أسئلة من هذا القبيل."