De ontdekkingen van duizenden planeten die rond sterren buiten ons zonnestelsel draaien, hebben vragen doen rijzen over de mogelijkheid van leven op deze planeten die van fundamenteel belang zijn in de moderne wetenschap. Van fundamenteel belang voor de bewoonbaarheid van een planeet is of ze een atmosfeer kan vasthouden of niet, wat vereist dat de atmosfeer vroeg in het leven van de planeet niet volledig verloren gaat. Een nieuwe studie door onderzoekers van de Universiteit van Wenen en van het Space Research Institute van de ÖAW in Graz heeft aangetoond dat jonge sterren de atmosferen van potentieel bewoonbare aardachtige planeten snel kunnen vernietigen. wat een belangrijke extra moeilijkheid is voor de vorming van leven buiten ons zonnestelsel. De resultaten verschijnen binnenkort in het tijdschrift Astronomie en astrofysica Brieven .

Een van de meest actieve en opwindende vragen in de moderne wetenschap is hoe overvloedig planeten met aardachtige atmosferen en oppervlaktecondities en dus het potentieel voor het herbergen van leven in het universum zijn. Veel recent onderzoek over dit onderwerp heeft zich gericht op planeten die om sterren draaien die M-dwergen worden genoemd, die kleiner zijn dan onze zon en het meest talrijke type ster zijn in onze zonneomgeving.

De belangrijkste oorzaak van atmosferische verliezen naar de ruimte is de centrale ster waar de planeet om draait. Sterren hebben sterke magnetische velden, en deze leiden tot de emissie van hoogenergetische röntgenstraling en ultraviolette straling. Deze verschijnselen staan ​​gezamenlijk bekend als de 'activiteit' van de ster. Op jonge leeftijd, sterren hebben een hoge mate van activiteit, en zenden daarom extreem grote hoeveelheden röntgenstraling en ultraviolette straling uit. Naarmate sterren ouder worden, hun activiteiten nemen snel af. Belangrijk voor planeten die om M-dwergen draaien, terwijl de activiteiten van sterren zoals de zon na een paar honderd miljoen jaar snel afnemen, M-dwergen blijven vaak miljarden jaren zeer actief.

De hoogenergetische straling is belangrijk omdat het hoog in de atmosfeer van een planeet wordt geabsorbeerd, waardoor het gas wordt verwarmd. Voor de aarde, het gas wordt verwarmd tot temperaturen van meer dan 1000 graden Celsius in het bovenste gebied dat bekend staat als de thermosfeer. Dit is de regio waarin ruimtevaartuigen zoals satellieten en het International Space Station vliegen. Bij een baan rond jonge sterren met hoge activiteitsniveaus, de thermosferen van planeten worden verwarmd tot veel hogere temperaturen die, in extreme gevallen, kan ervoor zorgen dat het gas van de planeet wegstroomt. Hoe snel atmosferen in deze gevallen verloren gaan, is tot nu toe niet in detail onderzocht voor aardachtige planeten met aardachtige atmosferen.

Onderzoekers van de Universiteit van Wenen en het Space Research Institute van de ÖAW in Graz hebben voor het eerst berekend hoe snel een aardachtige atmosfeer verloren zou gaan van een planeet die rond een zeer actieve jonge ster draait. Hun berekeningen hebben aangetoond dat extreme hydrodynamische verliezen van de atmosfeer zouden plaatsvinden, waardoor een aardachtige atmosfeer volledig verloren gaat, in minder dan een miljoen jaar, wat voor de evolutie van een planeet bijna ogenblikkelijk is.

Deze resultaten hebben belangrijke implicaties voor de vroege evolutie van de aarde en voor de mogelijkheid dat zich aardachtige atmosferen vormen rond M-dwergen. Voor de aarde, de meest waarschijnlijke verklaring waarom de atmosfeer niet verloren ging, is dat de vroege atmosfeer werd gedomineerd door koolstofdioxide, die de bovenste atmosfeer afkoelt door infrarode straling de ruimte in te sturen, waardoor het wordt beschermd tegen de verwarming door de hoge activiteit van de vroege zon. De atmosfeer van de aarde kan niet door stikstof worden gedomineerd, zoals het vandaag is, tot na enkele honderden miljoenen jaren, toen de activiteit van de zon tot veel lagere niveaus afnam.

Meer dramatisch, de resultaten van deze studie impliceren dat voor planeten die om M-dwergsterren draaien, ze kunnen alleen aardachtige atmosferen en oppervlakken vormen nadat de activiteitsniveaus van de sterren zijn afgenomen, die tot enkele miljarden jaren kan duren. Het is waarschijnlijker dat veel van de planeten die om M-dwergsterren draaien een zeer dunne of mogelijk geen atmosfeer hebben. In beide gevallen, het vormen van leven in dergelijke systemen lijkt minder waarschijnlijk dan eerder werd aangenomen.