"De är där ute, " säger ett talesätt om utomjordingar. Det verkar mer sannolikt att vara sant i ljuset av en ny studie om planetaxellutningar.

Astrofysiker vid Georgia Institute of Technology modellerade en teoretisk tvilling av jorden till andra stjärnsystem som kallas binära system eftersom de har två stjärnor. De drog slutsatsen att 87 % av exo-jordarna man kan hitta i binära system borde ha axellutningar som är lika stabila som jordens, en viktig ingrediens för klimatstabilitet som gynnar utvecklingen av komplext liv.

"Flerstjärniga system är vanliga, och cirka 50 % av stjärnorna har binära följeslagare. Så, denna studie kan tillämpas på ett stort antal solsystem, " sa Gongjie Li, studiens medutredare en biträdande professor vid Georgia Tech's School of Physics.

Enstjärniga solsystem som vårt eget med flera planeter verkar vara sällsynta.

Alpha Centauri B? Usel

Forskarna började med att kontrastera hur jordens axel lutar, även kallad obliquity, varierar över tiden med variationen av Mars axellutning. Medan vår planets milda snedställningsvariationer har varit stora för ett beboeligt klimat och för evolution, de vilda variationerna av Mars axellutning kan ha hjälpt till att förstöra dess atmosfär, som förklaras i avsnittet nedan.

Sedan modellerade forskarna jorden till beboelig, eller Guldlock, zoner i Alpha Centauri AB – vårt solsystems närmaste granne, ett binärt system med en stjärna som kallas "A" och den andra "B." Efter det, de utökade modellen till en mer universell räckvidd.

"Vi simulerade hur det skulle vara runt andra binärer med flera variationer av stjärnornas massor, orbitala egenskaper, och så vidare, sa Billy Quarles, studiens huvudforskare och en forskare i Lis labb. "Det övergripande beskedet var positivt men inte för vår närmaste granne."

Alpha Centauri A såg faktiskt inte dålig ut, men utsikterna för mild axeldynamik på en exo-jord som modellerats runt stjärna B var eländig. Detta kan släcka vissa förhoppningar eftersom Alpha Centauri AB är fyra ljusår bort, och ett uppdrag vid namn Starshot med stora namnstödjare planerar att lansera en rymdsond för att leta efter tecken på avancerat liv där.

Forskarna publicerar sin studie, som leddes av Jack Lissauer från NASA Ames Research Center, i Astrofysisk tidskrift den 19 november, 2019, under titeln:"Obliquity Evolution of Circumstellar Planets in Sun-like Stellar Binaries." Forskningen finansierades av NASA Exobiology Program.

Inga exoplaneter har bekräftats runt A eller B; en exoplanet har bekräftats runt den närliggande röda dvärgstjärnan Proxima Centauri, men det är mycket troligt att det är obeboeligt.

Jorden? Precis rätt

Även med dess istider och varma faser, Jordens klimatologiska ramverk har varit lugnt i hundratals miljoner år – delvis på grund av dess milda dynamik i omloppsbanan och axellutningen – vilket tillåter evolutionen att ta stora kliv. Vilt varierande dynamik, och därmed klimatet, som på Mars skulle stå för att regelbundet döda avancerat liv, hämmar evolutionen.

Jordens omloppsbana runt solen är på en liten lutning som gungbräder sakta och mycket långsamt genom en lätt precession, ett slags svängning. När jorden kretsar, den skiftar position i förhållande till solen, cirkla den lite som en spirografteckning. Banan precesserar också i form mellan något mer och något mindre avlång över 100, 000-årsperioder.

Jordaxellutningen precesserar mellan 22,1 och 24,5 grader under loppet av 41, 000 år. Vår stora måne stabiliserar vår lutning genom dess gravitationsförhållande med jorden, annat, studsande gravitationssammankopplingar med Merkurius, Venus, Mars, och Jupiter skulle skaka vår lutning med resonanser.

"Om vi ​​inte hade månen, Jordens lutning kan variera med cirka 60 grader, " sa Quarles. "Vi skulle kanske se ut som Mars, och precessionen av dess axel verkar ha hjälpt till att utarma dess atmosfär."

Mars axel precesserar mellan 10 grader och 60 grader vartannat miljoner år. Vid 10-graders lutning, atmosfären kondenserar vid polerna, skapa lock som låser upp mycket av atmosfären i is. Vid 60 grader, Mars kunde växa ett isbälte runt sin ekvator.

Universum? Hoppfull

I Alpha Centauri AB, stjärna B, ungefär lika stor som vår sol, och den större stjärnan, A, kretsar runt varandra på ungefär avståndet mellan Uranus och vår sol, vilket är mycket nära för två stjärnor i ett binärt system. Studien modellerade variationer av en exo-jord som kretsar runt endera stjärnan men koncentrerade sig på en modellerad jordbana i den beboeliga zonen centrerad runt B, med A som den kretsande stjärnan.

A:s bana är väldigt elliptisk, passera nära och sedan röra sig mycket långt bort från B och slunga kraftfull gravitation, som, i modellen, övermannade exo-jordens egen dynamik. Dess lutning och omloppsbana varierade kraftigt; Det hjälpte inte att lägga till vår måne i modellen.

Runt Alpha Centauri B, om du inte har en måne, du har en stabilare axel än om du har en måne. Om du har en måne, det är ganska dåliga nyheter, sa Quarles.

Även utan en måne och med mild axelvariation, komplex, Jordlik evolution verkar ha svårt för den modellerade exo-jorden runt B.

"Den största effekten du skulle se är skillnader i klimatcyklerna relaterade till hur långsträckt banan är. Istället för att ha istider var 100:e, 000 år som på jorden, de kan komma var 1 miljon år, vara värre, och håller mycket längre, sa Quarles.

Men en bit av hopp om jordliknande förhållanden dök upp i modellen:"Planetarisk omloppsbana och spinn måste precessera precis rätt i förhållande till den binära omloppsbanan. Det finns den här lilla söta fläcken, sa Quarles.

När forskarna utökade modellen till binära system i universum, sannolikheten för milda snedstegsvariationer svällde.

"I allmänhet, separationen mellan stjärnorna är större i binära system, och då har den andra stjärnan mindre effekt på jordens modell. Planetens egen rörelsedynamik dominerar andra influenser, och snedställning har vanligtvis en mindre variation, " sa Li. "Så, det här är ganska optimistiskt."