Is er leven buiten de aarde in de kosmos? Astronomen die op zoek zijn naar tekenen, hebben ontdekt dat ons Melkwegstelsel wemelt van exoplaneten, sommige met omstandigheden die geschikt zouden kunnen zijn voor buitenaards leven. Dergelijke werelden draaien om sterren in zogenaamde "bewoonbare zones, "regio's waar planeten vloeibaar water zouden kunnen bevatten dat nodig is voor het leven zoals wij dat kennen.

Echter, de kwestie van de bewoonbaarheid is zeer complex. Onderzoekers onder leiding van ruimtefysicus Chuanfei Dong van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) en Princeton University hebben onlangs twijfels geuit over water op - en dus over mogelijke bewoonbaarheid van - vaak aangehaalde exoplaneten die in een baan om rode dwergen draaien. de meest voorkomende sterren in de Melkweg.

Impact van stellaire wind

In twee kranten in The Astrofysische journaalbrieven , de wetenschappers ontwikkelen modellen die aantonen dat de stellaire wind - de constante uitstorting van geladen deeltjes die de ruimte in razen - de atmosfeer van dergelijke planeten gedurende honderden miljoenen jaren ernstig kan uitputten, waardoor ze niet in staat zijn om het leven aan de oppervlakte zoals wij dat kennen te huisvesten.

"Traditionele definitie en klimaatmodellen van de bewoonbare zone houden alleen rekening met de oppervlaktetemperatuur, "Dong zei. "Maar de stellaire wind kan aanzienlijk bijdragen aan de langdurige erosie en het atmosferische verlies van veel exoplaneten, dus de klimaatmodellen vertellen maar een deel van het verhaal."

Om het beeld te verbreden, het eerste artikel kijkt naar de tijdschaal van atmosferische retentie op Proxima Centauri b (PCb), die om de dichtstbijzijnde ster naar ons zonnestelsel draait, zo'n 4 lichtjaren verwijderd. Het tweede artikel stelt de vraag hoe lang oceanen kunnen overleven op 'waterwerelden' - planeten waarvan wordt gedacht dat ze zeeën hebben die honderden kilometers diep kunnen zijn.

Tweevoudig effect

Het onderzoek simuleert de fotochemische impact van sterlicht en de elektromagnetische erosie van stellaire wind op de atmosfeer van de exoplaneten. Deze effecten zijn tweeledig:de fotonen in sterrenlicht ioniseren de atomen en moleculen in de atmosfeer tot geladen deeltjes, waardoor druk en elektromagnetische krachten van de stellaire wind ze de ruimte in kunnen vegen. Dit proces zou ernstige atmosferische verliezen kunnen veroorzaken die zouden voorkomen dat het water dat verdampt van exoplaneten terug op hen regent, waardoor het oppervlak van de planeet opdroogt.

Op Proxima Centauri b, het model geeft aan dat een hoge stellaire winddruk ervoor zou zorgen dat de atmosfeer zou ontsnappen en zou voorkomen dat de atmosfeer lang genoeg zou duren om het leven aan de oppervlakte zoals we dat kennen te laten ontstaan. "De evolutie van het leven duurt miljarden jaren, "Dong merkte op. "Onze resultaten geven aan dat PCB's en soortgelijke exoplaneten over het algemeen niet in staat zijn om een ​​atmosfeer te ondersteunen over voldoende lange tijdschalen wanneer de stellaire winddruk hoog is."

"Alleen als de druk voldoende laag is, " hij zei, "en als de exoplaneet een redelijk sterk magnetisch schild heeft zoals dat van de magnetosfeer van de aarde, dat de exoplaneet een atmosfeer kan behouden en het potentieel heeft voor bewoonbaarheid."

Evolutie van de bewoonbare zone

Complicerende zaken is het feit dat de bewoonbare zone rond rode sterren in de loop van de tijd zou kunnen evolueren. Dus een hoge stellaire winddruk in het begin zou de snelheid van atmosferische ontsnapping kunnen verhogen. Dus, de atmosfeer had te snel kunnen eroderen, zelfs als de exoplaneet werd beschermd door een sterk magnetisch veld zoals de magnetosfeer rond de aarde, zei Dong. "In aanvulling, zulke close-in planeten kunnen ook getijde worden vergrendeld zoals onze maan, met één kant altijd blootgesteld aan de ster. Het resulterende zwakke wereldwijde magnetische veld en het constante bombardement van stellaire wind zouden dienen om het verlies aan atmosfeer aan de naar de ster gerichte zijde te intensiveren."

Zich wendend tot waterwerelden, de onderzoekers onderzochten drie verschillende omstandigheden voor de stellaire wind. Deze varieerden van:

• Winden die vandaag de magnetosfeer van de aarde treffen.
• Oude sterrenwinden die uit jonge, Zonachtige sterren die slechts een peuter-achtige 0,6 miljard jaar oud waren vergeleken met de 4,6 miljard jarige leeftijd van de zon.
• De impact op exoplaneten van een enorme sterrenstorm zoals de Carrington-gebeurtenis, die de telegraafdienst uitschakelde en in 1859 aurora's over de hele wereld produceerde.

De simulaties illustreerden dat oude stellaire wind ervoor zou kunnen zorgen dat de snelheid van atmosferische ontsnapping veel groter is dan de verliezen die worden veroorzaakt door de huidige zonnewind die de magnetosfeer van de aarde bereikt. Bovendien, het verliespercentage voor gebeurtenissen van het Carrington-type, waarvan wordt gedacht dat ze vaak voorkomen in jonge zonachtige sterren, bleek nog groter te zijn.

"Onze analyse suggereert dat dergelijke ruimteweergebeurtenissen een belangrijke oorzaak kunnen zijn van atmosferische verliezen voor exoplaneten die rond een actieve jonge zonachtige ster draaien, ’ schrijven de auteurs.

Grote kans op opgedroogde oceanen

Gezien de toegenomen activiteit van rode sterren en de nabijheid van planeten in bewoonbare zones, deze resultaten geven de grote waarschijnlijkheid aan van opgedroogde oppervlakken op planeten die rond rode sterren cirkelen die ooit oceanen zouden kunnen bevatten die het leven konden baren. De bevindingen kunnen ook de beroemde Drake-vergelijking wijzigen, die het aantal beschavingen in de Melkweg schat, door de schatting te verlagen van het gemiddelde aantal planeten per ster dat leven kan ondersteunen.

Auteurs van het PCB-artikel merken op dat het voorspellen van de bewoonbaarheid van planeten die zich lichtjaren van de aarde bevinden natuurlijk vol onzekerheden is. Toekomstige missies zoals de James Webb Space Telescope, die NASA in 2019 zal lanceren om in de vroege geschiedenis van het universum te kijken, zal daarom "essentieel zijn voor het verkrijgen van meer informatie over stellaire winden en exoplaneetatmosferen, ", zeggen de auteurs, "waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor nauwkeurigere schattingen van door stellaire wind veroorzaakte atmosferische verliezen."

Wetenschappers spotten met regelmaat potentieel bewoonbare werelden. Onlangs, een nieuw ontdekte planeet ter grootte van de aarde in een baan om Ross 128, een rode dwergster die kleiner en koeler is dan de zon op zo'n 11 lichtjaar van de aarde, werd genoemd als waterkandidaat. Wetenschappers merkten op dat de ster stil lijkt te zijn en zich goed gedraagt, geen fakkels en uitbarstingen af ​​te werpen die de omstandigheden die gunstig zijn voor het leven ongedaan kunnen maken.

Samen met Dong aan het PCB-papier waren natuurkundigen van Harvard University, het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, de Universiteit van Californië, Los Angeles, en de Universiteit van Massachusetts.