Radioactief verval zou voldoende warmte kunnen opleveren om leven in stand te houden op verre werelden zonder een nabijgelegen ster. Op aarde ontwikkelde en evolueerde het leven rond de radioactieve hitte van zware elementen in het binnenste van de aarde, diep onder het oppervlak. Het is bekend dat de energie die vrijkomt door het radioactieve verval warmte produceert, die de hydrothermische ecosystemen ondersteunt die op de zeebodem gedijen. De mogelijkheid dat de hitte van radioactief verval buitenaards leven buiten onze planeet zou kunnen ondersteunen, blijft echter onontgonnen. Met behulp van driedimensionale computermodellen met hoge resolutie hebben onderzoekers nu de potentiële bewoonbaarheid van werelden ter grootte van de aarde beoordeeld, die alleen het radioactieve verval van zware elementen ondergaan om ze op te warmen. De onderzoekers identificeerden vier scenario's met verschillende samenstellingen, die vloeibaar water aan de oppervlakken van deze radioactieve werelden ondersteunen. Hun resultaten zijn onlangs gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Nature Astronomy.

Radioactief verval als alternatieve energiebron

Sterren zoals onze zon zijn krachtige energiebronnen die het leven op aarde aandrijven. Hoewel de meeste verkenningen naar bewoonbare exoplaneten zich hebben geconcentreerd op planeten die rond sterren draaien die vergelijkbaar zijn met de onze, suggereert de uitgestrektheid van het universum dat er planeten zouden kunnen zijn die zich in omgevingen bevinden waar geen sterren voorkomen. In dergelijke scenario's zijn andere potentiële energiebronnen nodig om vloeibaar water op hun oppervlak te behouden.

Radioactieve elementen zoals uranium, thorium en kalium produceren warmte door radioactief verval. Op aarde dragen deze elementen aanzienlijk bij aan de interne hitte die geothermische activiteit aandrijft, zoals geisers, warmwaterbronnen en diepzeehydrothermale ventilatieopeningen. De onderzoekers achter deze studie onderzochten het potentieel van radioactief verval om voldoende warmte te leveren om vloeibaar water op planeten zonder sterren te ondersteunen.

Computermodellen simuleren bewoonbare scenario's

Om deze mogelijkheid te onderzoeken, gebruikte het onderzoeksteam geavanceerde driedimensionale computermodellen. Ze simuleerden een verscheidenheid aan rotsachtige planeten met verschillende composities en interieurstructuren. Er werd aangenomen dat elke planeet in een baan om een ​​verre ster draaide die niet voldoende warmte leverde om op zichzelf vloeibaar water te onderhouden.

De modellen onthulden vier verschillende scenario's waarin het radioactieve verval van zware elementen de oppervlaktetemperatuur van de planeten boven het vriespunt kon houden en mogelijk vloeibaar water kon ondersteunen. Deze scenario's bestonden uit:

1. Waterrijke planeten :In rotsachtige werelden met overvloedige waterlichamen zijn waarschijnlijk aanzienlijke hoeveelheden radioactieve elementen opgelost in hun oceanen. Radioactieve verwarming door het verval van deze opgeloste elementen zou bijdragen aan de algehele warmte van de planeet.

2. IJzerrijke planeten :De aanwezigheid van ijzer in de kern van een planeet kan de productie van warmte door radioactief verval verbeteren. De neiging van ijzer om warmte efficiënt te geleiden draagt ​​verder bij aan de verspreiding van warmte over de hele planeet.

3. Planeten met dunne korst :Planeten met minder korst of een dunnere korst zouden een verminderde isolatie ervaren, waardoor de hitte van radioactief verval in hun binnenste gemakkelijker het oppervlak zou kunnen bereiken.

4. Aardeachtige planeten :Rotsachtige werelden met samenstellingen en inwendige structuren die vergelijkbaar zijn met die van de aarde, toonden ook het vermogen om vloeibaar water te ondersteunen via radioactief verval.

De hoofdauteur van het onderzoek, professor Stephen Mojzsis van de Universiteit van Colorado Boulder, benadrukte het belang van het overwegen van alternatieve energiebronnen buiten de sterren om het leven in stand te houden. "Onze resultaten suggereren dat bewoonbare omgevingen kunnen ontstaan ​​op plaatsen die we voorheen niet voor mogelijk hielden", legde hij uit. "Dit breidt het bereik van omgevingen uit waarin we moeten zoeken naar handtekeningen van leven buiten de aarde."

Implicaties voor de verkenning van exoplaneten

Het team concludeerde dat de door hen geïdentificeerde scenario’s de diversiteit aan bewoonbare omgevingen vergroten waarmee we rekening moeten houden bij het zoeken naar bewoonbare exoplaneten. Naarmate de detectietechnieken voor exoplaneten zich snel ontwikkelen en er nieuwe telescopen online komen, wordt de ontdekking van aardachtige planeten of manen met water, ijzerrijke kernen, dunne korsten of gunstige samenstellingen steeds haalbaarder. De ontdekking van dergelijke werelden zou nader onderzoek rechtvaardigen om te zoeken naar tekenen van leven, zelfs als ze zich in afgelegen gebieden van de ruimte bevinden zonder de warmte van een nabijgelegen ster.

De resultaten van deze studie bieden een nieuw perspectief op de jacht op buitenaards leven en moedigen onderzoekers aan om alternatieve energiebronnen te overwegen en hun zoekparameters uit te breiden bij het overwegen van het potentieel voor leven buiten de aarde.