Sinds de Kepler Space Telescope in de ruimte werd gelanceerd, het aantal bekende planeten buiten het zonnestelsel (exoplaneten) is exponentieel gegroeid. Momenteel, 3, 917 planeten zijn bevestigd in 2, 918 sterrenstelsels, terwijl 3, 368 wachten op bevestiging. Van deze, ongeveer 50 baan binnen de circumstellaire bewoonbare zone van hun ster (ook bekend als de "Goldilocks Zone"), de afstand waarop vloeibaar water op het oppervlak van een planeet kan bestaan.

Echter, recent onderzoek heeft de mogelijkheid naar voren gebracht dat wat wij beschouwen als een bewoonbare zone te optimistisch is. Volgens een nieuwe studie die onlangs online verscheen, getiteld "Een beperkte bewoonbare zone voor complex leven, " bewoonbare zones kunnen veel smaller zijn dan aanvankelijk werd gedacht. Deze bevindingen kunnen een drastische impact hebben op het aantal planeten dat wetenschappers als "potentieel bewoonbaar" beschouwen.

De studie werd geleid door Edward W. Schwieterman, een NASA postdoctoraal programma fellow aan de Universiteit van Californië, Rivieroever, en omvatte onderzoekers van het Alternative Earths Team (onderdeel van het NASA Astrobiology Institute), de Nexus voor Exoplanet System Science (NExSS), en het NASA Goddard Institute for Space Studies.

Volgens eerdere schattingen op basis van Kepler-gegevens, wetenschappers concludeerden dat er waarschijnlijk alleen al in het Melkwegstelsel 40 miljard aardachtige planeten zijn, 11 miljard daarvan zullen waarschijnlijk in een baan om sterren zoals de zon draaien (d.w.z. gele dwergen van het G-type). Ander onderzoek heeft uitgewezen dat dit aantal kan oplopen tot 60 miljard of zelfs 100 miljard, afhankelijk van de parameters die worden gebruikt om bewoonbare zones te definiëren.

Deze resultaten zijn zeker bemoedigend, omdat ze suggereren dat de Melkweg wemelt van het leven. Helaas, meer recent onderzoek naar extra-solaire planeten heeft deze eerdere schattingen in twijfel getrokken. Dit is vooral het geval als het om getijde-locked planeten gaat die om M-type (rode dwerg) sterren draaien.

In aanvulling, onderzoek naar hoe het leven op aarde is geëvolueerd, heeft aangetoond dat water alleen geen garantie biedt voor leven - noch, wat dat betreft, doet de aanwezigheid van zuurstofgas. Aanvullend, Schwieterman en zijn collega's beschouwden twee andere belangrijke biosignaturen die essentieel zijn voor het leven zoals wij dat kennen:kooldioxide en koolmonoxide.

Te veel van deze verbindingen zouden giftig zijn voor het complexe leven, terwijl te weinig zou betekenen dat vroege prokaryoten niet zouden verschijnen. Als het leven op aarde een indicatie is, basislevensvormen zijn essentieel als ze complexer zijn, zuurstofverbruikende levensvormen zullen evolueren. Om deze reden, Schwieterman en zijn collega's probeerden de definitie van een bewoonbare zone te herzien om hiermee rekening te houden.

Om eerlijk te zijn, het berekenen van de omvang van een bewoonbare zone is nooit eenvoudig. Naast hun afstand tot hun ster, de oppervlaktetemperatuur van een planeet hangt af van verschillende feedbackmechanismen in de atmosfeer, zoals het broeikaseffect. Daarbovenop, de conventionele definitie van een bewoonbare zone gaat uit van het bestaan ​​van "aardachtige" omstandigheden.

Dit impliceert een atmosfeer die rijk is aan stikstof, zuurstof, kooldioxide en water, en gestabiliseerd door hetzelfde carbonaat-silicaat geochemische cyclusproces dat op aarde bestaat. In dit proces, sedimentatie en verwering zorgen ervoor dat silicaatgesteenten koolstofhoudend worden, terwijl geologische activiteit ervoor zorgt dat koolstofgesteenten weer op silicaat gebaseerd worden.

Dit leidt tot een feedbacklus die ervoor zorgt dat het kooldioxidegehalte in de atmosfeer relatief stabiel blijft, waardoor een verhoging van de oppervlaktetemperaturen mogelijk is. Hoe dichter de planeet bij de binnenrand van de bewoonbare zone komt, hoe minder koolstofdioxide hiervoor nodig is. Zoals Schwieterman uitlegde in een recent artikel van MIT Technology Review:"Maar voor de middelste en buitenste regio's van de bewoonbare zone, atmosferische kooldioxideconcentraties moeten veel hoger zijn om temperaturen te handhaven die bevorderlijk zijn voor vloeibaar oppervlaktewater."

Illustreren, het team gebruikte Kepler-62f als voorbeeld. Het is een superaarde die rond een ster van het K-type draait (iets kleiner en zwakker dan de zon) op ongeveer 990 lichtjaar van de aarde. Deze planeet draait om zijn ster op ongeveer dezelfde afstand als Venus om de zon, maar de lagere massa van de ster betekent dat hij zich aan de buitenrand van de bewoonbare zone bevindt.

Toen het in 2013 werd ontdekt deze planeet werd gezien als een goede kandidaat voor buitenaards leven, uitgaande van de aanwezigheid van een voldoende broeikaseffect. Echter, Schwieterman en zijn collega's berekenden dat er 1 000 keer meer koolstofdioxide (300 tot 500 kilopascal) dan wat er op aarde bestond toen complexe levensvormen zich voor het eerst ontwikkelden (ongeveer 1,85 miljard jaar geleden).

Echter, deze hoeveelheid kooldioxide zou giftig zijn voor de meeste complexe levensvormen hier op aarde. Als resultaat, Kepler-62f zou geen geschikte kandidaat voor het leven zijn, zelfs als het warm genoeg was om vloeibaar water te hebben. Toen ze eenmaal rekening hadden gehouden met deze fysiologische beperkingen, Schwieterman en zijn team kwamen tot de conclusie dat de bewoonbare zone voor complex leven aanzienlijk smaller moet zijn - een kwart van wat eerder werd geschat.

Schwieterman en zijn collega's berekenden ook dat sommige exoplaneten waarschijnlijk hogere niveaus van koolmonoxide hebben omdat ze om koele sterren draaien. Dit legt een aanzienlijke beperking op de bewoonbare zones van rode dwergsterren, die toevallig 75 procent van de sterren in het heelal uitmaken - en waarvan wordt gedacht dat het de meest waarschijnlijke plaats is om planeten te vinden die terrestrisch (d.w.z. rotsachtig) van aard zijn.

Deze bevindingen kunnen drastische implicaties hebben voor wat wetenschappers beschouwen als potentieel bewoonbaar, om nog maar te zwijgen van de grenzen van de bewoonbare zone van een ster. Schwieterman zei:"Een implicatie is dat we misschien geen tekenen van intelligent leven of technosignaturen zullen verwachten op planeten die rond late M-dwergen draaien of op potentieel bewoonbare planeten nabij de buitenrand van hun bewoonbare zones."

Om de zaken nog ingewikkelder te maken, deze studie is een van de vele om extra beperkingen op te leggen aan wat de laatste tijd als bewoonbare planeten kan worden beschouwd. Alleen al in 2019, er is onderzoek gedaan dat aantoont hoe rode dwergstersystemen mogelijk niet over de benodigde grondstoffen beschikken om leven te vormen, en dat rode dwergsterren mogelijk niet genoeg fotonen leveren om fotosynthese te laten plaatsvinden.

Dit alles draagt ​​bij aan de duidelijke mogelijkheid dat het leven in onze melkweg zeldzamer is dan eerder werd gedacht. Maar natuurlijk, om met enige zekerheid te weten wat de grenzen van de bewoonbaarheid zijn, zal meer onderzoek nodig zijn. Gelukkig, we hoeven niet te lang te wachten om erachter te komen, aangezien verschillende telescopen van de volgende generatie in het komende decennium operationeel zullen worden.

Deze omvatten de James Webb Space Telescope (JWST), de Extremely Large Telescope (ELT) en de Giant Magellan Telescope (GMT). Deze en andere geavanceerde instrumenten zullen naar verwachting veel gedetailleerdere studies en karakteriseringen van exoplaneten mogelijk maken. En als ze dat doen, we zullen een beter idee hebben van hoe waarschijnlijk het leven daar is.