بررسی‌ها اولیه‌ی تاریخچه‌ی شکل‌گیری سیارات در کیهان نشان می‌دهد که زمین پس از ۷۵-۸۰ درصد سیارات مشابهش به وجود آمده است. اکنون به واسطه‌ی کشفیات فضاپیمای کپلر دانش ما درباره‌ی شکل‌گیری سیارات و وابستگی آن به جرم و فراوانی فلزی ستاره‌ی مادر بیشتر شده است. در این مقاله، مولفان مدل‌های شکل‌گیری سیارات را با مدل‌های شکل‌گیری کهکشانی ترکیب کرده‌اند تا تاریخ شکل‌گیری سیارات زمین-مانند و سیارات غول‌پیکر را در کهکشان راه‌شیری و در کل کیهان به دست آورند.

شکل‌گیری سیارات به جرم ستاره‌ی مادرشان بستگی دارد. ستاره‌های یک کهکشان توزیع جرمی تقریبا ثابتی دارند. بنابراین آهنگ شکل‌گیری سیارات در یک کهکشان به آهنگ ستاره‌زایی در آن کهکشان وابسته است، که البته با تابعی از فراوانی فلزی ستاره‌ها تعدیل می‌شود. مدلی که در این مقاله استفاده شده است، آهنگ شکل‌گیری سیارات را بر حسب آهنگ ستاره‌زایی کهکشان، تابعی توانی از فراوانی فلزی گازی در کهکشان، و میانگین تعداد سیارات برای یک ستاره محاسبه می‌کند.

تصویر یک، میانگین چگالی شکل‌گیری سیارات زمین‌-مانند (چپ) و سیارات غول‌پیکر (راست) را بر حسب تابعی از سن کیهان و جرم ستاره‌ای کهکشان نشان می‌دهد. چگالی شکل‌گیری سیارات از حاصل‌ضرب آهنگ شکل‌گیری سیارات در چگالی حجمی کهکشان‌ها به دست می‌آید. سیارات غول‌پیکر به علت وابستگی به فراوانی فلزی ستاره دیرتر از سیارات زمین-مانند شکل می‌گیرند. صرف نظر از نوع سیاره، جرم کهکشان‌ها در زمانی که سیارات در آن‌ها شروع به شکل‌گیری می‌کنند حدود ۱۰ به توان ۱۰.۵ جرم خورشیدی است. سیارات غول‌پیکر در کهکشان‌های کم‌جرم‌تر نادرتر از سیارات زمین-مانند هستند. بنابر این نتایج پیش‌بینی می‌شود که حدود ۱۰ به توان ۲۰ سیاره‌ی زمین-مانند در حجم کیهان کنونی ما وجود داشته باشد.

آهنگ و تاریخچه‌ی شکل‌گیری سیارات در کهکشان راه شیری در تصویر دو نشان داده شده است. این تصویر نشان می‌دهد که زمین دیرتر از حدود ۸۰ درصد سیارات مشابهش که در حال حاضر در راه‌شیری (و کیهان) هستند به وجود آمده است. همچنین دیده می‌شود که آهنگ شکل‌گیری سیارات زمین‌-مانند از انتقال‌به‌سرخ ۲ و سیارات غول‌پیکر از انتقال‌به‌سرخ ۱ رو به افول بوده است، که عمدتا به علت افول آهنگ ستاره‌زایی در این کهکشان‌ها است. از طرف دیگر با در نظر گرفتن ادامه یافتن ستاره‌زایی، زمین پیش از ۹۲ درصد کل سیارات مشابهی که در آینده در کیهان به وجود خواهند آمد، شکل گرفته است.

[sc:inline-area ]

معادله‌ی معروف درِیک[sc:start-sup ](۱)[sc:end-sup ] که تعداد تمدن‌های هوشمندی را که توانایی برقراری ارتباط دارند محاسبه می‌کند، به غیردقیق بودن معروف است. حاصل این معادله از احتمال ۰/۰۰۰۰۱ وجود تمدن به ازای هر سیاره‌ی قابل زیست تا احتمال‌های بسیار کمتر تغییر می‌کند. ترکیب این معادله با محاسبات این مقاله در مورد تعداد سیارات زمین-مانند، به ما می‌گوید که بین یک تا ۱۰ به توان ۱۵ تمدن در کیهان و یک تا ۱۰ به توان ۴ تمدن در راه‌شیری در حال حاضر وجود دارد. تابع احتمال تعداد کل سیاراتی که تمدن دارند در شکل سه نشان داده شده است.

در شکل سه، با در نظر گرفتن اینکه زمین پیش از ۹۲ درصد کل سیارات مشابهش در آینده به وجود آمده، تصور شده است که زمین اولین، دهمین، و یا صدمین سیاره‌ای در کیهان باشد که تمدن دارد. سپس با این پیش فرض‌ها نمودار احتمال تعداد کل سیارات با تمدنی که در کیهان وجود خواهند داشت کشیده شده است. حتی برای محافظه‌کارانه‌ترین مدل‌ (این که زمین اولین سیاره‌ای باشد که تمدن دارد) بسیار نامحتمل (کمتر از ۸ درصد) است که ما تنها تمدنی باشیم که کیهان تا ابد خواهد داشت (این احتمال با نمودار مشکی نشان داده شده است). نمودارهای آبی و قرمز نشان می‌دهند که با بالا بردن تعداد سیارات اولیه‌ای که تمدن داشته‌اند، احتمال اینکه تعداد بیشتری تمدن در حال حاضر در کیهان باشند نیز بیشتر می‌شود. نمودار قرمز نشان می‌دهد که اگر زمین دهمین سیاره‌ی با تمدن باشد، بیش از ۱۰۰ سیاره با تمدن در کیهان خواهد بود و نمودار آبی می‌گوید که با فرض اینکه زمین صدمین سیاره‌ی با تمدن باشد بیش از ۱۰۰۰ تمدن وجود خواهد داشت. بنابر این محاسبات، احتمال اینکه ما تنها تمدن در کل کیهان باشیم بسیار ناچیز است!

[sc:end ] [sc:footnote-area ]

(۱) Drake Equation

عنوان اصلی مقاله: On The History and Future of Cosmic Planet Formation
نویسندگان: Behroozi, Peter; Peeples, Molly
این مقاله برای چاپ در نشریه‌ی MNRAS پذیرفته شده است.
لینک مقاله‌‌ی اصلی: http://arxiv.org/abs/1508.01202

گردآوری: آیرین شیوایی

[sc:end ]