Sebuah planet yang merupakan kandidat untuk dihuni pasti akan mengalami bencana dan peristiwa kepunahan di atasnya. Jika hidup ingin bertahan dan berkembang di dunia, ia harus memiliki kondisi intrinsik dan lingkungan yang tepat untuk memungkinkannya. (NASA GODDARD SPACE FLIGHT CENTER)

Bagaimana Rasanya Ketika Planet Habitat Pertama Dibentuk?

Planet-planet pertama hanyalah gas. Yang kedua termasuk yang berbatu-batu, tetapi kehidupan tidak mungkin. Beginilah akhirnya kami sampai di sana.

Di sini, di Semesta hari ini, planet-planet yang berpotensi dihuni secara praktis ada di mana-mana. Bumi mungkin merupakan templat untuk apa yang kita anggap layak huni, tetapi kita dapat membayangkan berbagai macam keadaan yang sangat berbeda dari kita sendiri yang mungkin juga mendukung kehidupan dalam jangka panjang.

Namun, pada saat kita tiba di formasi Bumi, lebih dari 9 miliar tahun telah berlalu sejak Big Bang pertama kali terjadi. Sangat tidak masuk akal untuk berasumsi bahwa Semesta membutuhkan semua waktu itu untuk menciptakan kondisi yang diperlukan untuk dapat dihuni. Ketika kita melihat resep untuk dihuni, mereka mungkin berasal jauh lebih awal. Bahan-bahan untuk kehidupan adalah bagian dari teka-teki, tetapi itu bukan keseluruhan cerita. Kita harus melangkah lebih dalam untuk membentuk planet yang layak huni.

Beberapa atom dan molekul ditemukan di ruang angkasa di awan Magellan, sebagaimana dicitrakan oleh Spitzer Space Telescope. Penciptaan unsur-unsur berat, molekul organik, air, dan planet berbatu semua diperlukan bagi kita untuk memiliki peluang. (NASA / JPL-CALTECH / T. PYLE (SSC / CALTECH))

Hal pertama yang Anda butuhkan adalah tipe bintang yang tepat. Mungkin ada segala macam skenario di mana sebuah planet dapat bertahan hidup di sekitar bintang yang aktif dan keras, dan tetap dapat dihuni meskipun ada permusuhan. Bintang katai merah, seperti Proxima Centauri, mungkin memancarkan suar dan beresiko melepaskan atmosfer planet yang berpotensi dihuni, tetapi tidak ada alasan bahwa medan magnet, atmosfer yang tebal, dan kehidupan yang cukup pintar untuk mencari perlindungan selama peristiwa yang sedemikian intens mungkin semuanya bergabung untuk membuat dunia seperti itu layak huni berdasarkan keberlanjutan.

Tetapi jika bintang Anda berumur pendek, kelayakhun tidak mungkin terjadi. Generasi bintang pertama, yang dikenal sebagai bintang Population III, gagal pada akun ini. Kita membutuhkan bintang-bintang untuk setidaknya mengandung beberapa logam (unsur-unsur berat di luar helium), atau bintang-bintang itu tidak akan hidup cukup lama untuk sebuah planet yang ramah terhadap kehidupan, yang telah menempatkan kita sekitar 250 juta tahun setelah Big Bang.

Bintang dan galaksi pertama di Semesta akan dikelilingi oleh atom netral (sebagian besar) gas hidrogen, yang menyerap cahaya bintang. Massa besar dan suhu tinggi dari bintang-bintang awal ini membantu mengionisasi Semesta, tetapi tanpa unsur-unsur berat, kehidupan dan planet yang berpotensi dihuni sama sekali mustahil. (PENUH NICOLE RAGER / YAYASAN ILMU PENGETAHUAN NASIONAL)

Dengan asumsi kita dapat membentuk bintang-bintang dengan massa cukup rendah yang dapat terus mereka bakar selama miliaran tahun, bahan berikutnya yang kita butuhkan adalah jenis planet yang tepat. Sejauh kita memahami kehidupan, itu artinya dunia membutuhkan:

  • gradien energi, di mana ia memiliki input energi yang tidak seragam,
  • kemampuan mempertahankan atmosfer yang cukup substansial,
  • air cair dalam beberapa bentuk di permukaan,
  • dan bahan baku yang tepat sehingga kehidupan, mengingat pertemuan keadaan yang tepat, dapat bertahan dan berkembang.

Planet berbatu dengan ukuran cukup besar, terbentuk dengan kepadatan atmosfer yang tepat, dan mengorbit dunianya pada jarak yang tepat, memiliki peluang. Mengingat semua planet yang mungkin bisa terbentuk di sekitar bintang baru dan jumlah astronomis yang terbentuk di setiap galaksi, ketiga kondisi pertama ini mudah dipenuhi.

30 disk protoplanet, atau proplyd, seperti yang dicitrakan oleh Hubble di Nebula Orion. Membentuk bintang dengan planet berbatu di sekitar mereka relatif mudah, tetapi membentuk bintang dengan kondisi mirip Bumi dengan cara yang halus tapi penting jauh lebih menantang. (NASA / ESA DAN L. RICCI (ESO))

Mengorbit sebuah bintang akan menghasilkan gradien energi, seperti dapat mengorbit sebuah planet, memiliki bulan yang besar, atau sekadar aktif secara geologis. Baik dari input surya atau aktivitas hidrotermal / panas bumi, input energi yang tidak seragam itu mudah. Dengan cukup banyak unsur karbon, hidrogen, nitrogen, oksigen, dan beberapa unsur lainnya, atmosfer substansial akan memungkinkan air cair di permukaan. Planet-planet dengan kondisi ini harus muncul pada saat Alam Semesta baru berusia 300 juta tahun.

Ilustrasi disk protoplanet, tempat planet dan planetesimal terbentuk pertama kali, menciptakan 'celah' di disk saat itu. Disk luar menyediakan bahan yang akhirnya menciptakan mantel, kerak, atmosfer, dan lautan planet seperti kita. Diperlukan banyak generasi bintang untuk sampai pada sistem planet yang dapat memiliki planet mirip Bumi dengan tingkat kelimpahan elemen berat yang tepat untuk mendukung kehidupan seperti yang kita ketahui. (NAOJ)

Tetapi penghalang utama yang harus diatasi di sini adalah memiliki cukup unsur-unsur yang lebih berat ini penting untuk kehidupan-seperti-kita-ketahui di tabel periodik. Dan itu membutuhkan lebih banyak waktu daripada yang diperlukan untuk sekadar membuat planet berbatu dengan kondisi fisik yang tepat.

Alasan Anda memerlukan elemen-elemen ini adalah untuk memungkinkan reaksi biokimia yang tepat yang kami perlukan untuk memiliki proses kehidupan. Di lokasi-lokasi di pinggiran galaksi-galaksi besar, mungkin dibutuhkan miliaran tahun bagi generasi bintang yang cukup untuk hidup dan mati untuk mencapai kelimpahan yang diperlukan itu.

Hubungan antara tempat bintang berada di Bima Sakti dan keasamannya, atau keberadaan unsur-unsur berat. Bintang-bintang dalam waktu sekitar 3.000 tahun cahaya dari cakram pusat Bimasakti, dalam rentang jarak puluhan ribu tahun cahaya, memiliki banyak sekali unsur berat seperti Tata Surya. Tetapi sebelumnya dalam sejarah Semesta, Anda harus pergi lebih dekat ke pusat galaksi galaksi spiral atau di lokasi inflow yang tepat dari elips yang sangat berkembang untuk menemukan tingkat elemen berat seperti itu. (ZELJKO IVEZIC / UNIVERSITY OF WASHINGTON / SDSS-II KOLABORASI)

Tetapi di hati galaksi, di mana pembentukan bintang sering terjadi, terus-menerus, dan keluar dari sisa-sisa supernova generasi sebelumnya, nebula planet, dan penggabungan bintang neutron, kelimpahan dapat meningkat dengan cepat. Bahkan di galaksi kita sendiri, kluster globular Messier 69 mencapai 22% dari kandungan elemen berat Matahari saat Alam Semesta baru berusia 700 juta tahun.

Klaster globular Messier 69 sangat tidak biasa karena keduanya sangat tua, hanya 5% dari usia Universe saat ini, tetapi juga memiliki kandungan logam yang sangat tinggi, pada 22% keaslian Matahari kita. (ARCHIVE LEGACY HUBBLE (NASA / ESA / STSCI), VIA HST / WIKIMEDIA COMMONS PENGGUNA FABIAN RRRR)

Pusat galaksi, bagaimanapun, adalah tempat yang relatif sulit bagi sebuah planet untuk dianggap layak huni tanpa keraguan. Di mana pun Anda memiliki bintang yang terus terbentuk, Anda memiliki kembang api kosmik yang spektakuler. Semburan sinar gamma, supernova, pembentukan lubang hitam, quasar, dan awan molekul yang runtuh membuat lingkungan yang, paling banter, berbahaya bagi kehidupan muncul dan dipertahankan.

Untuk memiliki lingkungan di mana kita dapat dengan yakin menyatakan bahwa kehidupan muncul dan memelihara dirinya sendiri, kita perlu proses ini untuk tiba-tiba berakhir. Kita perlu sesuatu untuk menghentikan pembentukan bintang, yang pada gilirannya menempatkan omong kosong pada aktivitas yang paling mengancam kelayakhunian di dunia. Itulah sebabnya planet yang paling layak huni paling awal dan berkelanjutan mungkin tidak berada di galaksi seperti galaksi kita, melainkan di galaksi merah dan mati yang berhenti membentuk bintang miliaran tahun yang lalu.

Cluster galaksi, seperti Abell 1689, adalah struktur terikat terbesar di Semesta. Ketika spiral bergabung, misalnya, sejumlah besar bintang baru terbentuk, tetapi baik setelah penggabungan atau dengan mempercepat melalui media intra-cluster, gas dapat dilepaskan, mengarah ke akhir pembentukan bintang. (NASA, ESA, E. JULLO (LABORATORIUM PROPULSI JET), P. NATARAJAN (YALE UNIVERSITY), DAN J.-P. KNEIB (LABORATOIRE D’ASTROPHYSIQUE DE MARSEILLE, CNRS, FRANCE))

Ketika kita melihat galaksi hari ini, sekitar 99,9% dari mereka masih memiliki populasi gas dan debu, yang akan mengarah pada generasi bintang baru dan pembentukan bintang yang konstan dan berkelanjutan. Tetapi sekitar 1-in-1000 galaksi berhenti membentuk bintang-bintang baru sekitar 10 miliar tahun yang lalu atau lebih. Ketika bahan bakar eksternal mereka habis, yang bisa terjadi setelah merger besar galaksi besar, pembentukan bintang tiba-tiba berakhir. Tanpa terbentuknya bintang-bintang baru, bintang-bintang yang lebih masif dan lebih biru hanya mengakhiri hidup mereka ketika kehabisan bahan bakar, meninggalkan bintang-bintang yang lebih dingin dan lebih merah sebagai satu-satunya yang selamat. Galaksi-galaksi ini, hari ini, dikenal sebagai galaksi "merah dan mati", karena semua bintang mereka stabil, tua, dan tidak terhalang oleh kekerasan yang dibawa oleh formasi bintang baru.

Salah satunya, galaksi NGC 1277, bahkan dapat ditemukan di halaman belakang relatif kosmik kita.

Galaksi 'merah-dan-mati' NGC 1277 ditemukan di dalam cluster Perseus. Sementara galaksi lain mengandung campuran bintang merah dan biru, galaksi ini belum membentuk bintang baru dalam waktu sekitar 10 miliar tahun. (NASA, ESA, M. BEASLEY (INSTITUTO DE ASTROFÍSICA DE CANARIAS), DAN P. KEHUSMAA)

Resep untuk planet yang bisa dihuni, paling awal, mungkin untuk

  • membentuk bintang dengan cepat,
  • lagi dan lagi,
  • di wilayah yang sangat padat dari galaksi besar,
  • diikuti oleh merger besar,
  • menghasilkan starburst besar-besaran,
  • diikuti oleh akhir tiba-tiba formasi bintang yang bertahan untuk masa depan yang tidak terbatas.

Ini bisa membawa kita ke bintang-dan-planet dengan kelimpahan unsur berat seperti Matahari hanya dalam satu miliar tahun, di mana pembentukan bintang berakhir saat Alam Semesta hanya teduh di bawah dua miliar tahun.

Arp 116, didominasi oleh Messier 60 elips raksasa. Tanpa populasi besar gas untuk membentuk bintang-bintang baru, bintang-bintang yang sudah ada di dalam galaksi pada akhirnya akan terbakar, meninggalkan tidak terlalu banyak yang dapat menerangi langit di belakang. Galaksi elips kaya logam yang kehabisan bahan bakar tercepat mungkin adalah tempat terbaik untuk mencari planet yang dapat dihuni pertama yang muncul di Semesta. (NASA / ESA HUBBLE SPACE TELESCOPE)

Ini perkiraan yang sangat cepat dan optimis, tetapi ada sekitar dua triliun galaksi di Semesta saat ini, dan galaksi yang merupakan keanehan kosmik dan pencilan statistik seperti ini pasti ada. Satu-satunya pertanyaan yang tersisa adalah pertanyaan yang berlimpah, kemungkinan, dan rentang waktu. Kehidupan mungkin muncul di Semesta sebelum ambang miliar tahun tercapai, tetapi dunia yang berkelanjutan dan dapat dihuni adalah pencapaian yang jauh lebih besar daripada kehidupan yang hanya muncul.

Pada saat alam semesta berada di bawah naungan dua miliar tahun - hanya 13-14% usia saat ini - kita seharusnya memiliki galaksi di dalamnya dengan bintang seperti Matahari, planet mirip Bumi, dan tidak ada yang mencegah kehidupan muncul atau bertahan. Sarana untuk hidup harus ada di sana. Kondisi untuk hidup-seperti-yang-kita-ketahui-harus ada di sana. Satu-satunya langkah yang tersisa adalah ilmu yang belum tahu bagaimana mengambilnya: dari kondisi dan bahan yang tepat untuk kehidupan hingga organisme hidup yang sebenarnya.

Bacaan lebih lanjut tentang seperti apa Semesta saat:

  • Seperti apa saat Semesta menggembung?
  • Bagaimana rasanya ketika Big Bang pertama kali dimulai?
  • Bagaimana rasanya ketika Semesta berada di titik terpanas?
  • Bagaimana rasanya ketika Semesta pertama kali menciptakan lebih banyak materi daripada antimateri?
  • Bagaimana rasanya ketika Higgs memberi massa kepada Semesta?
  • Bagaimana rasanya ketika kita pertama kali membuat proton dan neutron?
  • Bagaimana rasanya ketika kita kehilangan antimateri terakhir kita?
  • Bagaimana rasanya ketika Alam Semesta membuat elemen pertamanya?
  • Bagaimana rasanya ketika Semesta pertama kali membuat atom?
  • Bagaimana rasanya ketika tidak ada bintang di Semesta?
  • Bagaimana rasanya ketika bintang-bintang pertama mulai menerangi Semesta?
  • Bagaimana rasanya ketika bintang-bintang pertama mati?
  • Bagaimana rasanya ketika Alam Semesta membuat bintang-bintang generasi kedua?
  • Bagaimana rasanya ketika Alam Semesta membuat galaksi pertama?
  • Bagaimana rasanya ketika cahaya bintang pertama kali menembus atom netral Semesta?
  • Bagaimana rasanya ketika lubang hitam supermasif pertama terbentuk?
  • Bagaimana rasanya ketika kehidupan di Semesta pertama kali menjadi mungkin?
  • Bagaimana rasanya ketika galaksi membentuk jumlah bintang terbesar?

Mulai Dengan Bang sekarang di Forbes, dan diterbitkan ulang di Medium berkat para pendukung Patreon kami. Ethan telah menulis dua buku, Beyond The Galaxy, dan Treknology: The Science of Star Trek dari Tricorders ke Warp Drive.