In het centrum van onze melkweg bevindt zich de galactische uitstulping, een dicht opeengepakt gebied van sterren, stof en gas. Binnen deze massieve structuur, die duizenden lichtjaren omspant, er zijn naar schatting 10 miljard sterren, waarvan de meeste oude rode reuzensterren zijn. Door deze dichtheid astronomen hebben zich vaak afgevraagd of een galactische uitstulping een waarschijnlijke plek is om sterren te vinden met bewoonbare planeten die eromheen draaien.

Eigenlijk, sterren die dicht op elkaar staan, hebben meer kans op nauwe ontmoetingen met andere sterren, wat catastrofaal kan zijn voor alle planeten die eromheen draaien. Volgens een nieuwe studie van het Cool Worlds Lab van Columbia University, de meeste sterren in de uitstulping zullen in de loop van een miljard jaar tientallen ontmoetingen van dichtbij meemaken, die aanzienlijke gevolgen kunnen hebben voor de bewoonbaarheid op lange termijn in deze regio.

De studie, in voorpublicatie en zal verschijnen in de Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society , werd geleid door Moiya McTier, een NSF Graduate Research Fellow aan de Columbia University en een lid van Cool Worlds Lab. Ze werd vergezeld door Prof. David Kipping (oprichter van de Cool Worlds Labs) en Kathryn Johnston, de voorzitter van Astronomy in Columbia en een lid van het Centre for Computational Astrophysics van het Flatiron Institute.

Simpel gezegd, stellaire ontmoetingen van dichtbij komen relatief vaak voor in onze melkweg, komt eens in de 50 voor, 000 jaar of zo. Terwijl de sterren in de galactische schijf rond het centrum van de Melkweg draaien, hun individuele paden zorgen ervoor dat ze af en toe dichter bij elkaar komen. De laatste keer dat ons zonnestelsel een nauwe ontmoeting met sterren meemaakte, was ongeveer 70, 000 jaar geleden.

Momenteel, het binaire systeem dat bekend staat als Scholtz's Star (WISE 0720-0846) passeerde ongeveer 52, 000 astronomische eenheden (0,25 parsec; 0,82 lichtjaar) van de zon, de Oortwolk en de banen van kometen en asteroïden in het zonnestelsel verstoren. Dit was niet de eerste keer dat de ster van Scholz in de buurt van ons zonnestelsel kwam - ongeveer 80, 000 jaar geleden, het ging binnen ~66 voorbij, 000-70, 000 AU van de zon.

Voor het grootste gedeelte, deze ontmoetingen hebben ertoe geleid dat kometen en asteroïden met een lange periode uit de Oortwolk zijn geschopt - waarvan er enkele in botsing kwamen met de aarde en gebeurtenissen op uitstervingsniveau veroorzaakten. Echter, stellaire ontmoetingen kunnen veel dichterbij komen (zo dichtbij als ~20, 000 AU's) en hebben een nadelig effect op planetaire systemen. Dit omvat de mogelijkheid dat planeten van hun sterren worden verwijderd of dat hun banen worden gedestabiliseerd.

Zoals McTier heeft uitgelegd: Universum vandaag via e-mail:"Nabije stellaire ontmoetingen kunnen gevaarlijke gevolgen hebben voor planeten, maar de exacte resultaten hangen van veel factoren af:de massaverhouding van de twee betrokken sterren, hoe snel ze gaan, de invalshoek, en uiteraard, de ontmoetingsafstand. Maar in het algemeen, deze ontmoetingen van dichtbij kunnen planeten van hun gastheersterren scheuren of hun banen destabiliseren, zodat ze vele jaren na de vlucht uit het systeem worden geslingerd. Beide zouden een planeet volgens de meest gangbare criteria onbewoonbaar maken."

In een eerdere studie die verscheen in MNRAS vorig jaar, een team van Zweedse astronomen ontdekte dat zonachtige sterren in open sterrenhopen een kans van 25% hebben om hun buitenplaneten te verliezen door dichtbij langs te vliegen. Twee soortgelijke onderzoeken die vorig jaar ook werden uitgebracht (beide geleid door astronomen van de Leidse Sterrewacht in Nederland) toonden aan dat 14% van de planeten in dichte stellaire clusters binnen tien miljoen jaar na de vorming van hun sterren verloren zal gaan.

Van nature, dit roept de vraag op wat er zou gebeuren in de galactische uitstulping, waar stellaire dichtheden veel hoger zijn dan in de schijf van de Melkweg. Om de snelheid te berekenen waarmee nauwe ontmoetingen plaatsvinden in de uitstulping, Moiya en haar team simuleerden de banen van de miljoenen sterren die zich daar bevinden. Vervolgens gebruikten ze het analytische dichtheidsprofiel voor de positie van elke ster om het aantal flybys te schatten dat optreedt.

Zoals McTier aangaf, het was een tijdrovend proces dat tot enkele interessante bevindingen leidde:"We ontdekten dat 80% van de uitstulpende sterren elke miljard jaar binnen 1000 AU van een andere ster zou moeten komen. De helft van de sterren heeft tientallen van dergelijke ontmoetingen in hetzelfde tijdsbestek. het aantal ontmoetingen daalt als je dichterbij vliegt, maar ontmoetingen binnen 100 AU zijn nog steeds heel gewoon."

Naast een verhoogd risico op ontmoetingen met sterren, planeten die zich rond sterren in de galactische uitstulping bevinden, lopen ook een groter risico om "energetische gebeurtenissen te steriliseren". Deze treden op wanneer sterren in dicht opeengepakte clusters door zwaartekracht instorten en exploderen in een supernova, wat ertoe leidt dat nabije sterrenstelsels (en hun planeten) worden getroffen door de resulterende gammaflitsen (GRB's) en het vrijkomen van zware (en radioactieve) elementen.

Gedurende de afgelopen 11 miljoen jaar, supernovae die hebben plaatsgevonden in de ruimte nabij de aarde zijn in verband gebracht met plotselinge perioden van opwarming van de aarde op aarde, de aantasting van de ozonlaag, en het oppervlak wordt daardoor blootgesteld aan schadelijke niveaus van zonne- en kosmische straling. Voor sterren die dichter bij elkaar staan, supernovae zou een veel grotere impact hebben, omdat ze vaker en dichterbij zouden gebeuren.

Het is geen wonder dat astronomen geloven dat sterrenstelsels zoals de onze ook "bewoonbare zones, " die zich bevinden tussen de galactische uitstulping en de spiraalarmen. Terwijl de uitstulping een gevaarlijke plek voor het leven is vanwege het verhoogde risico op directe ontmoetingen en straling, de spiraalarmen vormen een verhoogd risico vanwege de hogere stervormingssnelheden.

Afgezien van de rigoureuze aard van hun studie, McTier gaf aan dat het ook significant is omdat het een extra bevestiging biedt voor deze theorie. "Onze resultaten zijn nieuw omdat we een nieuwe dynamische benadering hebben gekozen om galactische bewoonbaarheid te begrijpen, maar we hebben zojuist bevestigd wat astronomen al wisten:de uitstulping is waarschijnlijk geen stabiele plek voor leven, " ze zei.

Studies zoals deze kunnen ook een aanzienlijke impact hebben op de zoektocht naar bewoonbare exoplaneten, om nog maar te zwijgen van de zoektocht naar buitenaardse intelligentie (SETI). Door te weten dat het leven het meest waarschijnlijk zal ontstaan ​​en evolueren binnen de galactische bewoonbare zone (GHZ), het deel van de schijf dat zich tussen de kern en de periferie bevindt, wetenschappers kunnen hun zoekinspanningen beperken en de kans op het vinden van leven vergroten.