Galaktik yaşanabilir bölge

Astrobiyoloji ve gezegensel astrofizikte, galaktik yaşanabilir bölge, galaksinin gelişmesine en elverişli arazi olarak tanımlanır. Daha detaylandırırsak, galaktik yaşamsal bölge kavramı pek çok etken içerir. Metal oranları, süpernova gibi büyük felaketlerin oluşma oranı, gibi pek çok faktör bölgeyi etkiler. Hangi bölgelerin galaksinin gelişimine uygun, çorak gezegenlerin belli bir müddet sonra hayat geliştirmeye olanaklı olacağını hesaplamak için, gelişime ve varoluşa el verişli bir ortam bulunmalıdır. Ağustos 2015'te yayınlanan bir makaleye göre, çok büyük galaksiler belki yaşanabilir gezegenler barındırmak açısından küçük galaksilere nazaran daha yatkın olabilirler. Örneğin Samanyolu Galaksisi. Samanyolu Galaksisinin inanılan galaktik yaşamasal bölge, en dış yarıçapı 10 kiloparsek ve iç yarıçapı galaksi merkezine yakın olan kısımlar arasında kalan arazilerden. Bunlar uç sınırlardır. </span>
Ancak galaktik yaşamsal bölge teorisi, bir bölgeyi yaşama uygun yapan "vaz geçilmez" faktörlerin hepsi doğru bir şekilde ölçülemeyeceği için, çok fazla eleştirilmiştir. Hatta, yıldızların kendi galaktik merkezleri etrafındaki yörüngelerini ciddi şekillerde değiştirebileceği bilgisayar simülasyonları kullanılarak iddia edildi. Bu nedenle, en azından galaksinin bazı alanları diğerlerinden daha fazla yaşama elverişli olmalıydı.
Arka plan
Yaşamsal Bölge fikri ilk olarak 1953'te Hubertus Strınghold ve Harlow Shapley tarafından, 1959'd da Su-Shu Huang tarafından, gezegenin yıldızı etrafında, yüzeyinde sıvı su bulundurabildiği bölge olarak tanımlanmıştı. 1970'lerde, gezegen bilim adamları ve astrobiyologlar hayatın varlığına neden olan etkenler hakkında düşünmeye başladılar. Hatta uygun yakınlıktaki bir süpernova belli bir anda hayatı destekleyecek bir rol üstlenebilirdi.1981'de Jim Clarke, dünyadan olmayan bazı medeniyetlerin Samanyolu galaksisinde bulunmamasının galaksinin aktif nükleusu tarafından Seyfert ile açıklanabileceğini söyledi. Dünya ise, bu radyasyondan arındırılmış bir alanda bulunuyordu. Aynı yıl, Wallace Hampton Tucker, galaktik yaşanabilirliği daha genel bir anlamda analizledi. Ancak daha sonra çalışması kendi önerileriyle çelişti.
Modern galaktik yaşanabilir bölge anlayışı 1986 da ilk kez L. S. Marochnik and L. M. Mukhin tarafından tanıtıldı ve bu bölgeyi akıllı yaşam formlarının yetişebileceği arazi olarak tanımladılar. Donald Brownlee ve paleontolog Peter Ward bu konsepti, kompelks bir yaşamın oluşmasına izin veren arazi diyerek biraz daha geliştirdiler. Bu fikri de Rare Earth: Why Complex Life is Uncommon in the Universe isimli 2000 basımlı kitaplarında duyurdular. Bu kitapta, yazarlar galaktik yaşamsal bölge kavramını diğer faktörlerle de beraber, zeki yaşam formları evrenin her yerinde yaygın olarak bulunan bir şey olmadığı için, reddettiler.
Galaktik yaşamsal bölge fikri, 2001 yılında Ward ve Brownlee tarafından yayımlanan bir kağıtta biraz daha geliştirildi. Bu çalışmaya Washington Üniversitesi'nden Guillermo Gonzalez de katılmıştır. Bu kağıtta, üç isim bu bölgelerin galaktik çukur adı verilen ve yaşanabilir gezegenler yaratmak için gerekli olan ağır elementlerden yoksun bir bölge olacağını söylediler. Dolayısı ile, yaşam elde edebilmek için en son radde, bu çukurlar olacaktır. Galaktik merkeze yok yakın olmaksa, pek çok etkili süpernovaya ve diğer enerjik kozmolojik olaylara çok yakın kalınacağından mümkün olmayacaktı Bu nedenle yazarlar, galaktik yaşanabilir bölge için daha içte yer alan bir şey tasarladılar, galaktik tümseğin hemen dışı.
Daha güncel olarak 2013'te, evrendeki yaşamın hayat kimyasallarından çok daha öteye gidiyor olabilme ihtimali yani yaklaşık Büyük Patlama'dan hemen sonraya, 13.8 Bilyon yıl önce, yaşam evrenin yaklaşık 10-17 milyon yıl öncesine dayanıyordu. Panspermia hipotezine göre, mikroskobik boyutlardaki yaşam, meteorların, astroidlerin ve diğer küçük Güneş Sistemi parçacıklarından evrende olma ihtimali olanlarla ortaya çıkmıştır. Mamafih, dünya evrede yaşam barındırdığını bildiğimiz tek gezegen.
Varsayımlar
Galaksideki bir yeri, galaktik yaşanabilir bölge olarak tanımlayabilmek için, pek çok farklı faktör hesaba katılmalıdır. Bu faktörler yıldızların dağılışı, galaktik nükleusun varlığı ya da yokluğu, var olacak bir süpernova patlamasının hayatın varlığını tehdit edip etmediği, bu bölgenin metal yoğunluğu gibi pek çok farklı parametredir. Bu faktörler değerlendirilmeden, bir galaksi düzgün ve kalıcı bir yaşam yaratamaz.
Kimyasal Evrim
Hayatın var olması için gereken en temel ihtiyaçlardan bir tanesi de bu yıldızın, gezegen olmaya yetecek kadar bir kütle üretebilmesidir. Demir, magnezyum, titanyum, karbon, oksijen, silikon ve diğer elementler gibi pek çok elemen, yaşamsal bir gezegende bulunmalıdır ve bu elementlerin bulunma yoğunlukları ve yüzdeleri de galaksi boyunca değişecektir.
En önemli elemen oranlarından biri demir ve hidrojen arasında olandır. Bu oran, galaksinin yaşamsal bir gezegen yaratma eğilimini belirler. Galaktik merkeze en yakın olan nokta olan galaktik tümsek, -0.2 civarı bir oranlanmaya sahiptir.
Değişik kalıcı elemenlerin oranlarına ek olarak bir de radyonükleuslu tanecikler olan 40K, 235U, 238U, and 232Thda miktarları önemlidir. Bu elemenler gezegenin iç ısının sağlanmasında ve yaşamı destekleyen tektonik ve volkanik hareketlerin oluşmasında rol alan elementlerdi. Uranyum Hidrojen oranı ve Th/H oranları demir ve hidrojen oranına bağlıdır. Fakat,40K miktarı herhangi bir veri varlığı bile bulunamaz.
Hatta bir gezegen iç ısısını sağlamak için yeterinde radyoizotopa sahip olsa bile, bazı prebiyotik moleküllerin varlığına, yaşamı sağlamak için hala ihtiyaç duyar. Bu nedenle, bu moleküllerin galaksideki dağılımı oldukça önemlidir ve galaktik yaşamsal bölgenin yerinin belirlenmesinde büyük rol oynar. 2008'de Samantha Blair ve meslektaşları tarafından yapılan bir araştırmada formaldehit ve karbonmonoksit yayılımının, Samanyolu'nda dağılmış devasa molekül bulutlarından kaynaklandığını ve bunun galaktik bölgenin sınırlarını belirleyeceğini ileri sürmüştür. Fakat bu tamamlanamamıştır.
Yüksek metallik yaşanabilir gezegenler yaratılması için yararlı olurken, fazlası yaşam için risk oluşturabilir. Fazla metallik verilmiş bir sistem içerisinde dev gazlara (ki bu gazlar Jüpiter'deki gibi bir anda ısının yükselmesine neden olabilir) ve hatta yaşamsal bölgede yer alan diğer gezegenleri dahi etkileyebilir. Bu nedenle Goldilock Prensibi metalliği olabildiğince uygun tutmayı uygular. Düşük metalli sistemler, çorak gezegenlere sahip olabilirler ve çok yüksek metalli sistemler de, pek çok gaz devinin gelişmesine neden olabilir. İki durumda da, sistemin ve gezegenlerin dengesi bozulacaktır.
Afetler
Galaksi de ne kadar iyi konumlanılmışsa, yaşam oluşturmak için gerekli kimyasal avantajlar o kadar kolay yaratılır. Bir yıldız aynı zamanda meydana gelen büyük miktarlardaki kozmik afetlerden de korunabilmelidir. Örneğin yakın bir süpernova, gezegenin üzerindeki yaşamı bitirme kapasitesine sahiptir. Artan frekanslarda, mesela felaketlerde, bu tarz olaylar, galaksiyi bilyonlarca yıl boyunca sterilize edebilecek kapasiteye sahip olabilir. Örneğin galaktik çukur, bir yıldız bozunumundan kaynaklı bir ilk dalgaya maruz kalırsa, bu alan için tekrar gelişmeye başlamak yaklaşık 5 bilyon yıl kadar bir zaman alacaktır.
Süpernovalara ek olarak, gamma ışınları ciddi miktarlarda radyasyon salar. Pek çok farklı olay, galaksideki yaşamı etkileme ihtimaline sahiptir. Bu, bu tarz önerilerin kuyruklu yıldızlardan, soğuk objelere ve hatta kara maddeye kadar pek çok şeyi barındırması anlamına geliyor. Bunlar, organizmalardan geçiyor ve genetik mutasyonlara neden oluyor. Fakat, bu tarz olayların etkilerinin niceliğini belirlemek zor olabilir.
Galaktik Morfoloji
Pek çok morfolojik özellik, galaksilerin yaşamsal potensiyellerini etkileyebilir. Örneğin spiral arm'lar, yıldız bozunumunun lokasyonudur. Ancak bunlar yüksek sayıda dev gaz bulutları içerebilirler. Bu yoğunluktan, heyelan gibi kuytuklu yıldız ve astroid parçalarını, herhangi bir gezegene doğru fırlatabilirler. Ek olarak, yıldızların yüksek yoğunluğu ve yüksek ölçekli yıldız formasyonlarının sayısı, herhangi bir yıldızı ufak deformasyonlandan, süpernovaya kadar götürecek etkiler yaratabilir. Bu da yaşamsal olasılığın düşmesine neden olur. Bu etkileri göz önüne alarak, Güneş'in avantajlı bir şekilde galaksiye yerleşmiş olduğunu söyleyebiliriz çünkü spiral arm'ın dışında olmasının yanı sıra, spiral arm kesişimini engelleyen yörüngesi bile maksimum aralıkta.
Spiral arm'lar aynı zamanda, iklimsel değişiklik yaratma potansiyeline de sahiptirler. Galaktik spiral arm'lardan geçen molekül bulutlarının yoğunluğu, yıldızsal rüzgarlar hidrojen katmanını, yörüngede dolanan gezegenin üstüne katmanlayabilir ve bu atmosferin bir Dünya Kartopu Senaryosuna dönüşmesine neden olur.
Bir galaktik bar da, galaktik yaşanabilir bölgenin boyutunu belirlemekte etkilidir. Galaktik barların zaman içinde büyüdüğü düşünülüyordu. En sonunda ise galaksi ve yıldızlarla beraber dönecek yarıçapa ulaşıyordu. Güneş gibi yüksek metal, yıldızlar, düşük metalli galaktik çukur ve yüksek radyasyonlu galaktik merkez arasındaki kısımda yer alırlar. Bu tarz bir konumlanma da, galaksinin yaşanabilir bölge tanımını etkilemektedir. Bu nedenle, galaktik yaşamsal bölge gibi kesin bir tanımlamanın yapılmasının imkansız olabileceği düşünülmektedir.
Sınırlar
2001'de Gonzalez, Brownlee ve Ward tarafından yayınlanan kağıt da dahil olmak üzere galaktik yaşamsal bölge hakkında yapılan ilk araştırmalarda, özel bir sınır belirtilmemiştir. Sadece metal yoğunluğu, radyasyona maruz kalma oranı ve galaksiye daha fazla kolaylık sağlayacak alanlar değerlendirilmiştir. Fakat, 2004'teki araştırmalara dahil son inceleme, Lineweaver ve meslektaşları tarafından yapıldı ve Samanyolu galaksisinin sınırlarının galaktik merkezden 4 kpc'den 10'kpcye kadar olduğunu söylediler.
Lineweaver aynı zamanda, galaktik yaşamsal bölgenin zamanla evrimleştiğini buldu. Örneğin, galaktik tümseğe yakı bir yıldızın belli bir zaman sonra yaşanabilir gezegenlere sahip olabileceğini keşfetti. Bu zamandan önce ise galaktik tümsek gezegenler, bu ihtimali ortadan kaldıracak süpernovalardan korunmuş olacaktı. Süpernova tehdidi bittikten sonra, yükselen metallik, bu yıldızın dev gezegenlere ev sahipliği yapacağı ve hemen ardından bu yıldızın yaşamsal bölgesinde pek çok gezegenin oluşabileceği bir potansiyele sahip olacak. 2005'te Washington Üniversitesi'nde yapılan simülasyonlar, Jupiter'in durumu da dikkate alındığında, çorak gezegenlerin uzun bir süre o halde kalabildiklerini gösterdi.
Milan Ćirković ve meslektaşları tarafından 2006'da yapılan bir araştırma, zaman tabanlı galaktik yaşanabilir bölge fikrinde farkındalık yarattı çünkü galaktik evrimin bir parçası olarak pek çok felaket derecesindeki afetler (süpernovalar gibi) meydana geliyordu. Bu araştırma, bazen yaşam barındırabilecek gezegenlerin belli ir zaman diliminde, diğer zaman dilimlerinden yaşam barındırma ihtimali açısından daha şanslı olduğunu gösteriyordu. Monte Carlo simülasyonu ve Samanyolu'nun oyuncak bir modelinden gelen sonuçlara dayanarak, takım yaşanabilir gezegen sayısında zamanla artış olması gerektiği yönünde bir eğilim buldular. Her ne kadar doğrusal olarak ilerlemese de.
Sonradan gelen çalışmalar, eski galaktik yaşamsal bölge konseptine farklı bir bakış açısı getirdi. 2008'de, Nikos Prantzos, bir gezegenin süpernovadan kaçabilmesi için galaktik merkezden en fazla 10 kpc olması gerekiyordu ve bu yaşanabilir gezegenlerin, galaksilerindeki yıldız yoğunluğunun dağılımına göre bulunabileceğini gösteriyordu. Çalışma, 2011 yılında Michael Gowanlock tarafından yayımlanan bir kağıtla desteklendi. Michael, aynı zamanda süpernovların frekansını, hayatta kalmış gezegenlerin galaktik merkezden olan uzaklıklarının zamana bağlı eşitliği ile hesaplamış ve keşfedilmiş gezegenlerin 0.3% ünün kompleks yaşam ya da %1.2'sinin, kompleks yaşam barındırmaya uygun olması gerektiğini belirtmiştir.