은하계 생명체 거주 가능 영역
우주 생물학과 행성 천체 물리학에서 생명이 시작될 가능성이 가장 높은 은하 영역을 은하계 거주 가능 영역이라고 합니다. 은하계 거주 가능 영역에 대한 연구는 초신성과 같은 주요 재해의 속도와 밀도, 금속성 등 여러 요인을 분석하고, 이를 이용하여 은하의 어떤 영역이 지구형 행성을 형성할 가능성이 높은지 계산합니다. 초기에는 단순한 생명체를 창조하고 이 삶이 진화하고 발전할 수 있는 적합한 환경을 제공합니다. 우리 은하의 경우, 생명체 거주 가능 영역은 일반적으로 약 10 킬로파섹이며, 은하 중심에 가까운 내부 반지름이라고 생각됩니다.
은하계 거주 가능 영역 이론은 은하 영역을 생명 출현에 유리하게 하는 요인을 정확히 정량화할 수 없기 때문에 비판받고 있습니다. 게다가 컴퓨터 시뮬레이션은 항성이 은하 중심 주위의 궤도를 크게 변화시킬 수 있음을 시사하기 때문에, 몇몇 은하 영역은 다른 곳보다 필연적으로 생명을 유지할 수 있다는 견해의 반증이 됩니다.
은하계 거주 가능 영역에 대한 연구 고려 사항
은하계 거주 가능 영역에 대한 연구에서는 다음과 같은 사항을 고려합니다.
화학적 요소
항성 주위에 생명이 존재하기 위한 가장 기본적인 요건 중 하나는 그 항성이 스스로 유지하기에 충분한 질량의 지구 행성을 만들어내는 능력입니다. 거주 가능한 행성을 만들기 위해서는 철, 마그네슘, 티타늄, 탄소, 산소, 실리콘 등 다양한 원소가 필요하며 이들의 농도와 비율은 은하 전반에 걸쳐 다릅니다. 가장 일반적인 기준 원소 비율은 헬륨 H과 철 Fe의 비율이며, 이는 은하 영역이 지구형 행성을 생성하는 경향을 결정하는 요인 중 하나입니다.
지구형 행성 질량을 구성하는 다양한 안정 원소의 특정한 양에 더해 판 구조론, 화산 활동, 지구 자기학과 같은 행성 내부를 가열하고 수명 유지 프로세스를 작동시키기 위해서는, 불안정한 원자핵을 가진 원자인 방사성 핵종이 풍부하게 필요합니다. 거주 가능한 행성으로 보여도 내부를 가열하기에 충분한 방사성 동위원소가 있어야 하며, 생명체를 만들기 위해서는 다양한 생물 발생 이전 분자가 필요합니다. 이러한 분자의 은하 내 분포는 은하계 거주 가능 영역을 결정하는 데 중요합니다. 2000년대 연구에서는 은하계 전체에 흩어져 있는 다양한 거대 분자 구름에서 포름알데히드와 일산화탄소 배출량을 분석함으로써 은하계 거주 가능 영역의 외부 가장자리를 특정하려고 했지만, 연구 데이터는 결정적이지도 완전하지도 않습니다.
높은 금속성은 외계 태양계 외부 행성 생성에 유익하지만 과도한 양은 생명에 해로울 수 있습니다. 과도한 금속성은 특정 은하계 내에서 많은 수의 가스 행성을 형성하는 것으로 이어질 수 있습니다. 이 행성은 은하계 서리선 너머에서 이동하여 뜨거운 목성이 되어, 은하계의 항성 주위를 도는 거주 가능한 영역에 위치했을 지도 모르는 행성을 방해합니다. 낮은 금속성 은하계는 지구 질량의 행성을 형성할 확률이 낮고, 과도한 금속성은 많은 거대한 가스 행성을 발생시킵니다. 은하계의 궤도 역학을 방해하고 은하계 내 지구 행성의 거주가능성을 변경합니다.
재난적 사건
거주 가능한 영역이기 위해서는 생명 발달에 화학적으로 유리한 은하 영역에 있을 뿐만 아니라 또한 거주 가능한 행성상에서 생명을 손상시킬 수 있는 수많은 재앙적인 우주 사건을 피해야 합니다. 예를 들어 너무 가까운 초신성 폭발은 행성상의 생명체에 심각한 위해를 끼칠 수 있습니다. 과도한 빈도의 재앙적인 폭발은 은하의 전 영역을 수십억 년 동안 아무 생명체가 살 수 없도록 살균할 가능성이 있습니다. 예를 들어 은하의 중앙팽대부는 초기에 너무 빠른 항성 형성 파동을 겪으면서, 50억 년 동안 그 영역에서는 생명을 완전히 발달시키지 못했습니다. 초신성 외에도 감마선 폭발, 과도한 양의 방사선, 중력 섭동과 다양한 다른 사건들은 은하계 내 생명 분포에 영향을 미치는 것으로 주장되어 왔습니다.
은하 형태학
은하의 다양한 형태학적 특징은 거주 가능성에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어 은하의 나선형 팔 부분은 항성이 형성되는 영역인데, 거기에는 무수한 거대한 분자운과 높은 밀도의 항성이 포함되어 있습니다. 이러한 요소들은 오르트 구름을 휘젓고 혜성이나 소행성의 눈사태를 행성 안쪽으로 보냅니다. 게다가 고밀도 항성과 거대한 항성 형성 속도는 나선팔 안에서 궤도를 돌고 있는 항성을 초신성 폭발까지 장시간 노출시켜 생명의 생존과 발전에 대한 전망을 감소시킬 수 있습니다. 이러한 요인을 고려할 때 우리 은하의 태양은 소용돌이 팔 바깥쪽에 있을 뿐만 아니라 동시 회전하는 원 근처를 공전하여 나선형 팔 교차 사이의 간격을 극대화하기 때문에 은하 내에 유리하게 배치되어 있습니다.
은하계의 나선팔은 행성에 기후 변화를 일으키는 능력을 가지고 있습니다. 은하의 나선형 팔에 밀집된 분자운을 통과하면, 궤도를 도는 행성 대기 중에 반사하는 수소층이 축적될 정도로 항성풍이 밀려나, 아마도 눈덩이 지구 시나리오로 이어질 수 있습니다.
또한 막대 은하는 은하계의 거주 가능 영역에 크기에 영향을 미칠 수 있습니다. 막대 은하는 시간이 지남에 따라 성장하여 최종적으로 은하의 동시 회전 반경에 도달하고 이미 존재하는 항성의 궤도를 흔듭니다. 예를 들어 태양과 같은 높은 금속성 항성은 낮은 금속성의 은하 헤일로와 높은 방사선의 은하 중심과의 중간 위치에 있으며, 은하 전체에 흩어져 은하계의 거주 가능 영역의 정의에 영향을 줄 수 있습니다. 이러한 이유로 은하계의 거주 가능 영역을 적절하게 정의하는 것은 불가능할 가능성이 시사되고 있습니다.