Auringonkaltainen tähti

Auringonkaltainen tähti on pääsarjan tähti, joka muistuttaa massaltaan ja kehitysvaiheeltaan Aurinkoa. Sellaisella tähdellä katsotaan voivan olla Maan kaltaisia planeettoja, joissa on edellytykset elämän syntymiselle. Aurinkoa massiivisemmat valkeat A-spektriluokan tähdet ovat liian lyhytikäisiä ja säteilevät liikaa ultravioletin aallonpituudella, joka on elämälle vaarallista. Aurinkoa kevyemmät punaiset kääpiöt puolestaan pysäyttävät niitä kiertävän planeetan pyörimisen akselinsa ympäri, mikä voi ohentaa planeetan kaasukehää. Yleensä auringonkaltaisina pidetään spektriluokkien F5–K5 tähtiä, joiden massa on 1,25–0,5 Auringon massaa. Myös tiukempia rajauksia mahdollisten spektriluokkien suhteen on määritetty, kuten F8V–K2V.
Auringonkaltaisen tähden määritelmiä.
Auringonkaltaisin tähtiin määritellään useimmiten spektriluokan G pääsarjan tähdet, ja lisäksi pari aliluokkaa F:n lopusta ja K:n alusta. Monesti rajataan auringonkaltaisiksi luokkien F8V-K2 V eli väri-indeksien B-V 0,48–0,80 pääsarjan tähdet ajatellen elämän mahdollisuutta tähteä kiertävällä planeetalla. Rajausperusteena on evoluutioteorian mukainen malli elämän kehityksestä, tähden pääsarjaikä ja tähden vuorovesivoiman planeetan pyörimistä hidastava vaikutus. Ajatus on se, että tällöin nopeasti pyörivä planeetta säilyy riittävän kauan tähteä ympäröivällä lämpötilaltaan elinkelpoisella vyöhykkeellä. Määritelmä kattaa suunnilleen 10 % kaikista tähdistä.
Auringonkaltainen tähti elinkelpoisen planeetan keskustähtenä.
Monien tutkijoiden mielestä varsinkaan Aurinkoa suuremmilla ja kuumemmilla pääsarjan tähdillä ei ole käytännössä elinkelpoista vyöhykettä voimakkaan ultraviolettisäteilyn ja tähden suhteellisen lyhyen eliniän takia. Tällöin elämä ei ehtisi kehittyä, ja vaikkei evoluutiota tapahtuisikaan, Luojan luoma elämä saattaisi tuhoutua nopeasti tähden kirkastuessa.
Monien tutkijoiden mielestä aurinkoa kylmempien tähtien, varsinkin punaisten kääpiöiden, elinkelpoisuutta voi rajoittaa kirkkauteensa nähden painavan keskustähden taipumus pysäyttää planeetan pyöriminen, keskustähden heikkoenerginen, fotosynteesiin ehkä sopimaton säteily, keskustähden suhteessa kirkkauteen voimakkaat flare-purkaukset ja planeettojen syntyteorian mukainen mahdollisesti liian pieni massa.
Liian suurimassainen tähti.
Suurimassaisilla tähdillä ei arvioiden mukaan ole asuinkelpoista vyöhykettä, koska niiden elinikä on lyhyempi kuin Auringon, alle 500–4 500 miljoonaa vuotta. Elämä kehittyi evoluutiotutkijoiden mukaan Maan pinnalle bakteereina arviolta 500–1 000 miljoonassa vuodessa, aitotumaisia 2 300–3 700 miljoonassa vuodessa Maan synnystä ja monisoluisia tuli ehkä 3 000–3 700 miljoonassa vuodessa, ja mutkikkaita monisoluisia 4 000 miljoonassa vuodessa. Älyllistä elämää tuli vasta 4 550 miljoonan vuoden kuluttua Auringon ja Maan synnystä. 1,25 Auringon massainen tähti, jonka spektriluokka on suunnilleen F6, elää vain 4 000 miljoonaa vuotta. Niinpä sille ei ehdi kehittyä älyllistä elämää, jos kehityksen vauhti oli Maassa keskimääräinen, ja evoluutioteoreetikkojen ajoitukset suunnilleen oikeita.
Koska tähden fysikaaliset ominaisuudet, kuten säteilyteho ja pintalämpötila, muuttuvat tähden elämän eri vaiheissa myös elokehän rajat muuttuvat aikaa myöten. Tähti kuumenee kehittyessään, ja Maan arvellaan muuttuvan elinkelvottomaksi noin 2,0 miljardin vuoden kuluttua. Kasvihuoneilmiö karkaa täysin käsistä 4,9 miljardin vuoden kuluttua. Aurinko jättää vakaan pääsarjavaiheen 6,5 miljardin vuoden kuluttua, jolloin sen kirkkaus on 2,2 kertainen nykyiseen verrattuna.
Tällaisista aikaskaaloista puhuttaessa erotetaan vielä erikseen "jatkuvasti elinkelpoinen elokehä" (, CHZ), joka täyttää elokehän vaatimukset koko tähden elinkaaren ajan. Tämä on tärkeää elämän kehittymismahdollisuuksia tarkasteltaessa. CHZ on paljon tavallista elokehää kapeampi ja rajoiltaan vaikeammin arvioitavissa oleva alue. Auringolle sen arvioidaan olevan 0,95–1,15 AU. Hartin 1970-luvulla tekemän hyvin pessimistisen arvion mukaan se olisi 0,958–1,004 AU. Tämän arvion mukaan K-ja M-tähdillä ei olisi elinkelpoista vyöhykettä lainkaan, planeetta joko jäätyy tai tulee liian kuumaksi.
Tähden massa.
Suurimassaiset luokkien pääsarjan O, B ja A tähdet elävät niin lyhyen aikaa, ettei elämä ehdi kehittyä evoluution tutkijoiden päättelemässä ajassa. Elämän synty vaatii Maassa tehtyjen ajoitusarvioiden mukaan 500–1 000 miljoonaa vuotta. Suurimassaiset tähdet säteilevät runsaasti ultraviolettisäteilyä, joka voi vahingoittaa elämää, mutta myös kiihdyttää elämän kehitystä. Voimakas ultraviolettisäteily voi myös heikentää kaasukehää. Väitetään jo kirkkaimpien ultraviolettisäteilyn olevan liian voimakasta Usein on väitetty eri syistä, että pienimassaisilla tähdillä ei ole elinkelpoista vyöhykettä lainkaan. Pienimassaisten tähtien elinkelpoinen vyöhyke on vuorovesirajan sisäpuolella. Silloin planeetta kääntää aina saman puolensa kohti keskustähteään, mikä saattaa heikentää planeetan elinkelpoisuutta. Uusien tutkimusten mukaan näin ei välttämättä tarvitse olla. Joidenkin tietojen mukaan vuorovesiraja Maata vastaavalle etäisyydelle on jo 0,7–0,8 Auringon massaisella tähdellä.
Michael Hartin 1979 julkistamien tutkimusten mukaan elinkelpoinen vyöhyke on levein luokan G0 pääsarjan tähdellä, ja ekokehää ei voi olla kuumaan päin mentäessä luokan F7 pääsarjan tähdellä, eikä myöskään K1-tähdellä ja näitä kylmemmillä pääsarjan tähdillä. Tämä ajatus pohjautuu Hartin arvioon siitä, että ekokehä olisi Auringolla 0,95–1,01 AU.&lt;ref name="nasa.gov/6"&gt;&lt;/ref&gt;
Väitetään myös, että pienimassaisilla tähdillä käy niin, että ilmakehän hiilidioksidimäärän väheneminen ajan mukana esimerkiksi yhteyttämisen alussa voisi pienentää kasvihuoneilmiötä ja jäädyttää planeetan. Alaraja tähden massalle on tämän mukaan arviolta 0,7 Auringon massaa
Toisaalta oletetaan, että pienten tähtien esiplanetaarisen kiekon massa on suoraan verrannollinen tähden massaan. Monien arvioiden mukaan elinkelpoisen planeetan massa olisi oltava ainakin 0,3 Maan massaa. Silloin pienimassaisilta, alle 0,3 Auringon massaisilta tähdiltä löytyisi harvoin elinkelpoisia planeettoja. Yli 0,3 maan massaisia planeettoja on erään arvion mukaan todennäköisyydellä 10–40 % 0,6 Auringon massaiselle tähdelle, 1–25 % 0,4 ja 0–5 % 0,2 Auringon massaiselle tähdelle, jos planeetat synnyttäneen esiplanetaarisen kiekon viskositeetti alfa on välillä 0,5–1,5.
Metallirikkaus.
Aurinko on epätavallisen metallirikas, ja havaitut eksoplaneetat näyttävät kiertävän metallirikkaita tähtiä. Niiden kaasussa on runsaasti raskaita alkuaineita. Kun tähti ja planeetat syntyvät kaasusta, ns. kasautumisteorian mukaan todennäköisimmin raskaita alkuaineita enemmän sisältävälle tähdelle syntyy suuri planeettakunta.
Tähden ikä.
Tähden iän on oltava yli 700 miljoonaa vuotta, ja erässä arviossa oletetaan, että elämä ehtisi kehittyä miljardissa vuodessa. Erään arvion mukaan elämän kehitys vaatisi 850 miljoonaa vuotta, mikä on 2,2 Auringon massaisen tähden pääsarjaikä. Tällöin elämää voisi olla yli 1700 miljoonaa vuotta vanhan tähden ympärillä. Tähti ei saisi olla liian kuuma, sillä se säteilisi liikaa elämälle haitallista ultraviolettisäteilyä. Tähden massa olisi ehkä 0,2–2,0 Auringon massaa.
Kuinka monta auringonkaltaista tähteä on lähiavaruudessa.
Georgian valtionyliopiston 100 lähimmän aurinkokunnan ulkopuolisen taivaankappaleen joukkoon mahtuu noin 13 luokkien F8-K2 pääsarjan tähteä. Erään toisen luettelon mukaan näitä olisi 12. Tämän mukaan auringonkaltaisia tähtiä on noin 1/6 kaikista tähdistä. Luokkaan G osuu vain 6 pääsarjan tähteä, ja luokassa G2V on vain 2 tähteä, joista toinen on Aurinko ja toinen Alfa Centauri.
Gliesen CNS3-luettelossa on pyritty luettelemaan tunnetut, yhteensä 4388 alle 25 parsekin eli alle 81,54 valovuoden päässä olevaa tähteä. Niistä on luokkien F8V-K2V auringonkaltaisia tähtiä 571, eli noin 13 % ja silloin noin 16 valovuoden välein. Mutta 4388 lähitähden joukossa on vain 49 G2V-tyypin tähteä. Näitä on silloin tähdistä 1,2 % eli noin 36 valovuoden välein. Luettelon spektriluokittelu on jossain määrin epätarkka, ja näin ollen aivan täsmällistä kuvaa auringonkaltaisten tähtien määrästä se ei anna.
Aurinkoa muistuttava tähti.
Aurinkoa muistuttava tähti eli "Auringon analogia" on tähti, jonka pintalämpötila poikkeaa alle 500 kelviniä Auringon pintalämpötilasta. Silloin tähden pinnalla on 5 200–6 300 K:n lämpötila. Lisäksi rajataan tähden metallipitoisuudeksi 50–200 % Auringon metallipitoisuudesta. Lisäksi tähden oltava nollaikäpääsarjasta 1 magnitudin sisään. Ei lähekkäinen kaksoistähti.
Tämän mukaan Aurinkoa muistuttavat esim. oranssi Alfa Centauri B, Tau Ceti, Sigma Draconis ja sellaiset kohti alijättiläistä kehittyvät tähdet kuin Delta Pavonis. Tähän luokkaan kuuluu ainakin K1V, ehkä vielä K2V, ja yläpäästä ainakin G0V, ehkä vielä F9. Monelta tähän luokkaan kuuluvalta tähdeltä on löydetty eksoplaneettoja, esim. 51 Pegasi, 47 Ursae Majoris, 107 Piscium jne.
Auringon kaksonen.
Tunnetaan muutamia tähtiä, joiden ominaisuudet vastaavat lähes tarkalleen Aurinkoa. Niiden uskotaan olevan erityisen lupaavia ehdokkaita elokelpoisten planeettojen etsintään tulevaisuudessa. Näiden "auringon kaksosten" pintalämpötila, spektriluokka, pyörähdysnopeus, massa, muuttuvuus ja metallipitoisuus on hyvin lähellä Auringon vastaavia arvoja. Näiden tähtien tutkimus auttaa ymmärtämään paremmin Auringon ominaisuuksia muiden tähtien suhteen. Tunnettuja Auringon kaksosia ovat 18 Scorpii, 37 Geminorum, 51 Pegasi, Beta Canum Venaticorum ja HD 98618. Käytännössä Auringon kaksosiksi lasketaan monesti vielä spektrityypin G0V tähti.
Auringon kaksosen ominaisuuksia
Luokkien F, G ja K tähtien ominaisuuksia.
Aurinkoa hieman muistuttavien tähtien ominaisuuksia. Aurinko on tyyppiä G2.
Tähtiä, joiden pintalämpötila on melko lähellä Auringon pintalämpötilaa.
Tähtiä joiden pintalämpötilat ovat lähellä Aurinkoa eli poikkeavat siitä noin 500 astetta. Joidenkin tähtien mitatut metallipitoisuudet ovat alhaisia, mikä pienentää planeettakunnan todennäköisyyttä.
Auringon lähellä olevia, enemmän tai vähemmän aurinkoa muistuttavia tähtiä.
Alle 50 valovuoden päässä
Muita lähistöllä olevia, spektriltään lähellä aurinkoa olevia tähtiä eli luokkiin G-K kuuluvia, väljästi Aurinkoa muistuttavia tähtiä.