Tin tức Vũ trụ TV

Các nguyên tố phóng xạ có thể rất quan trọng đối với khả năng sinh sống của các hành tinh đá

Ngày:
Th11 11, 2020
Tóm lược:

Số lượng các nguyên tố phóng xạ tồn tại lâu đời được kết hợp vào một hành tinh đá khi nó hình thành có thể là một yếu tố quan trọng trong việc xác định khả năng sinh sống của nó trong tương lai. Đó là bởi vì sự gia nhiệt bên trong từ sự phân rã phóng xạ của các nguyên tố nặng thorium và uranium thúc đẩy quá trình kiến ​​tạo mảng và có thể cần thiết để hành tinh tạo ra từ trường. Từ trường của Trái đất bảo vệ hành tinh khỏi gió mặt trời và tia vũ trụ.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Những hình ảnh minh họa này cho thấy ba phiên bản của một hành tinh đá với lượng nhiệt bên trong khác nhau từ các nguyên tố phóng xạ
Những hình ảnh minh họa này cho thấy ba phiên bản của một hành tinh đá với lượng nhiệt bên trong khác nhau từ các nguyên tố phóng xạ. Hành tinh ở giữa giống Trái đất, với các mảng kiến ​​tạo và một động lực bên trong tạo ra từ trường. Hành tinh trên cùng, có nhiều tia phóng xạ nóng hơn, có núi lửa cực mạnh nhưng không có động lực hoặc từ trường. Hành tinh dưới cùng, với ít bức xạ sinh nhiệt hơn, về mặt địa chất là “chết”, không có núi lửa. (Hình minh họa của Melissa Weiss)

Theo một nghiên cứu mới của một nhóm các nhà khoa học liên ngành tại UC Santa Cruz, số lượng các nguyên tố phóng xạ tồn tại lâu đời được kết hợp vào một hành tinh đá khi nó hình thành có thể là một yếu tố quan trọng trong việc xác định khả năng sinh sống của nó trong tương lai.

Đó là bởi vì sự gia nhiệt bên trong từ sự phân rã phóng xạ của các nguyên tố nặng thorium và uranium thúc đẩy quá trình kiến ​​tạo mảng và có thể cần thiết để hành tinh tạo ra từ trường. Từ trường của Trái đất bảo vệ hành tinh khỏi gió mặt trời và tia vũ trụ.

Sự đối lưu trong lõi kim loại nóng chảy của Trái đất tạo ra một động lực bên trong (“geodynamo”) tạo ra từ trường của hành tinh. Theo Francis Nimmo, giáo sư về Trái đất và khoa học hành tinh tại UC Santa Cruz và là tác giả đầu tiên của bài báo về phát hiện mới được công bố ngày 10 tháng 11 trên tạp chí Astrophysical Journal Letters. .

Nimmo giải thích: “Những gì chúng tôi nhận ra là các hành tinh khác nhau tích tụ một lượng khác nhau của các nguyên tố phóng xạ này để tạo ra năng lượng cho hoạt động địa chất và từ trường. “Vì vậy, chúng tôi đã lấy một mô hình của Trái đất và quay số lượng nhiệt phóng xạ bên trong sản sinh lên và xuống để xem điều gì sẽ xảy ra.”

Những gì họ phát hiện ra là nếu nhiệt độ phóng xạ nhiều hơn Trái đất, hành tinh này không thể duy trì vĩnh viễn một máy phát điện, như Trái đất đã làm. Điều đó xảy ra vì phần lớn thori và uranium kết thúc trong lớp phủ, và quá nhiều nhiệt trong lớp phủ hoạt động như một chất cách điện, ngăn lõi nóng chảy mất nhiệt đủ nhanh để tạo ra các chuyển động đối lưu tạo ra từ trường.

Với sự sưởi ấm bên trong nhiều phóng xạ hơn, hành tinh này cũng có nhiều hoạt động núi lửa hơn, có thể tạo ra các sự kiện tuyệt chủng hàng loạt thường xuyên. Mặt khác, nhiệt phóng xạ quá ít dẫn đến không có núi lửa và một hành tinh “chết” về mặt địa chất.

Nimmo cho biết: “Chỉ cần thay đổi một biến này, bạn sẽ lướt qua các tình huống khác nhau, từ chết về mặt địa chất đến giống Trái đất đến cực kỳ núi lửa mà không có động cơ nổ,” Nimmo cho biết thêm rằng những phát hiện này đảm bảo cho các nghiên cứu chi tiết hơn.

Ông nói: “Bây giờ chúng ta thấy những ý nghĩa quan trọng của việc thay đổi lượng phát sinh ra tia phóng xạ, mô hình đơn giản mà chúng ta sử dụng sẽ được kiểm tra bằng các tính toán chi tiết hơn.”

Theo Natalie Batalha, một giáo sư thiên văn học và vật lý thiên văn, người có Sáng kiến ​​Sinh vật học tại UC Santa Cruz, một động lực hành tinh gắn liền với khả năng sinh sống theo một số cách, đã khơi mào cho sự hợp tác liên ngành dẫn đến bài báo này.

Batalha giải thích: “Từ lâu, người ta đã suy đoán rằng hệ thống sưởi bên trong thúc đẩy quá trình kiến ​​tạo mảng, tạo ra chu kỳ cacbon và hoạt động địa chất như núi lửa, tạo ra bầu khí quyển,” Batalha giải thích. “Và khả năng giữ lại bầu không khí có liên quan đến từ trường, cũng được thúc đẩy bởi sự phát nóng bên trong.”

Coauthor Joel Primack, giáo sư vật lý danh dự, giải thích rằng gió sao, là dòng vật chất chuyển động nhanh được phóng ra từ các ngôi sao, có thể ăn mòn đều đặn bầu khí quyển của một hành tinh nếu nó không có từ trường.

Ông nói: “Việc thiếu từ trường rõ ràng là một phần lý do, cùng với trọng lực thấp hơn, tại sao sao Hỏa lại có bầu khí quyển rất mỏng. “Nó từng có bầu khí quyển dày hơn, và trong một thời gian, nó có nước trên bề mặt. Nếu không có sự bảo vệ của từ trường, nhiều bức xạ đi qua và bề mặt của hành tinh cũng trở nên ít sinh sống hơn.”

Primack lưu ý rằng các nguyên tố nặng quan trọng đối với sự phát nóng phóng xạ được tạo ra trong quá trình hợp nhất các sao neutron, đây là những sự kiện cực kỳ hiếm. Việc tạo ra những nguyên tố được gọi là quá trình r này trong quá trình hợp nhất sao neutron là trọng tâm nghiên cứu của đồng tác giả Enrico Ramirez-Ruiz, giáo sư thiên văn học và vật lý thiên văn.

Primack nói: “Chúng tôi mong đợi sự thay đổi đáng kể về số lượng các nguyên tố này được kết hợp vào các ngôi sao và hành tinh, bởi vì nó phụ thuộc vào mức độ gần của vật chất hình thành chúng với nơi xảy ra những sự kiện hiếm hoi này trong thiên hà.”

Các nhà thiên văn học có thể sử dụng quang phổ học để đo mức độ phong phú của các nguyên tố khác nhau trong các ngôi sao và thành phần của các hành tinh được cho là tương tự như cấu tạo của các ngôi sao mà chúng quay quanh. Nguyên tố đất hiếm europium, được quan sát dễ dàng trong quang phổ sao, được tạo ra bởi cùng một quá trình tạo ra hai nguyên tố phóng xạ tồn tại lâu nhất, thorium và uranium, vì vậy europium có thể được sử dụng làm chất đánh dấu để nghiên cứu sự biến đổi của các nguyên tố đó trong các ngôi sao và hành tinh trong thiên hà của chúng ta.

Các nhà thiên văn học đã thu được các phép đo europium cho nhiều ngôi sao trong vùng lân cận thiên hà của chúng ta. Nimmo đã có thể sử dụng các phép đo đó để thiết lập một phạm vi đầu vào tự nhiên cho các mô hình sưởi ấm bằng chất phóng xạ của mình. Thành phần của mặt trời nằm giữa khoảng đó. Theo Primack, nhiều ngôi sao có lượng europium bằng một nửa so với magiê so với mặt trời, và nhiều ngôi sao có gấp hai lần mặt trời.

Batalha cho biết tầm quan trọng và khả năng biến đổi của sự phát nóng do phóng xạ mở ra nhiều câu hỏi mới cho các nhà thiên văn học.

Bà nói: “Đó là một câu chuyện phức tạp, bởi vì cả hai thái cực đều có ý nghĩa đối với khả năng sinh sống. Bạn cần đủ nhiệt độ phóng xạ để duy trì quá trình kiến ​​tạo mảng nhưng không quá nhiều đến mức phải đóng cửa động lực từ trường”. “Cuối cùng, chúng tôi đang tìm kiếm những nơi có nhiều khả năng nhất của sự sống. Sự phong phú của uranium và thorium dường như là những yếu tố chính, thậm chí có thể là một chiều không gian khác để xác định một hành tinh Goldilocks.”

Nimmo cho biết, sử dụng các phép đo europium của các ngôi sao để xác định các hệ hành tinh có lượng nguyên tố phóng xạ khác nhau, các nhà thiên văn học có thể bắt đầu tìm kiếm sự khác biệt giữa các hành tinh trong các hệ thống đó, đặc biệt là khi Kính viễn vọng Không gian James Webb được triển khai. Ông nói: “Kính viễn vọng không gian James Webb sẽ là một công cụ mạnh mẽ để xác định đặc điểm của bầu khí quyển ngoại hành tinh.

Ngoài Nimmo, Primack và Ramirez-Ruiz, đồng tác giả của bài báo bao gồm Sandra Faber, giáo sư danh dự về thiên văn học và vật lý thiên văn, và học giả sau tiến sĩ Mohammadtaher Safarzadeh.


Nguồn truyện:

Tài liệu do Đại học California – Santa Cruz cung cấp . Bản gốc do Tim Stephens viết. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.


Tham khảo Tạp chí :

  1. Francis Nimmo, Joel Primack, SM Faber, Enrico Ramirez-Ruiz, Mohammadtaher Safarzadeh. Hệ thống sưởi bằng chất phóng xạ và ảnh hưởng của nó đến động lực và môi trường sống của hành tinh Rocky . Tạp chí Vật lý thiên văn , 2020; 903 (2): L37 DOI: 10.3847 / 2041-8213 / abc251

Bài viết liên quan

Bài viết mới