Ultraviolet licht is wat je een controversieel type straling zou kunnen noemen. Aan de ene kant kan overmatige blootstelling leiden tot zonnebrand, een verhoogd risico op huidkanker en schade aan het gezichtsvermogen en het immuunsysteem van een persoon. Aan de andere kant heeft het ook een aantal enorme gezondheidsvoordelen, waaronder het bevorderen van stressvermindering en het stimuleren van de natuurlijke productie van vitamine D, seratonine en melanine door het lichaam.
En volgens een nieuwe studie van een team van de Harvard University en het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), heeft ultraviolette straling mogelijk zelfs een cruciale rol gespeeld bij het ontstaan van het leven hier op aarde. Als zodanig kan het bepalen van de hoeveelheid UV-straling die door andere soorten sterren wordt geproduceerd, een van de sleutels zijn om bewijs te vinden voor het leven van planeten die er omheen draaien.
De studie, getiteld "The Surface UV Environment on Planets Orbiting M Dwarfs: Implications for Prebiotic Chemistry and the Need for Experimental Follow-up", verscheen onlangs in The Astrophysical Journal. Onder leiding van Sukrit Ranjan, een bezoekend postdoctoraal onderzoeker bij de CfA, concentreerde het team zich op M-type (rode dwerg) sterren om te bepalen of deze klasse van sterren voldoende UV-straling produceert om de biologische processen die nodig zijn om het leven te laten ontstaan, op gang te brengen.
Recente studies hebben aangetoond dat UV-straling nodig kan zijn voor de vorming van ribonucleïnezuur (RNA), wat nodig is voor alle vormen van leven zoals we die kennen. En gezien de snelheid waarmee rotsachtige planeten zijn ontdekt rond rode dwergsterren van de laatste tijd (bijvoorbeeld Proxima b, LHS 1140b en de zeven planeten van het TRAPPIST-1-systeem), kan hoeveel UV-straling rode dwergen afgeven centraal staan het bepalen van de bewoonbaarheid van exoplaneten.
Zoals Dr. Ranjan uitlegde in een CfA-persbericht:
'Het zou zijn alsof je een stapel hout hebt en aansteekt en vuur wilt maken, maar geen lucifer hebt. Ons onderzoek toont aan dat de juiste hoeveelheid UV-licht misschien wel een van de overeenkomsten is die het leven zoals we dat kennen tot leven brengt. '
Omwille van hun studie heeft het team stralingsoverdrachtsmodellen van rode dwergsterren gemaakt. Vervolgens probeerden ze te bepalen of de UV-omgeving op prebiotische aarde-analoge planeten die eromheen draaiden voldoende zou zijn om de fotoprocessen te stimuleren die zouden leiden tot de vorming van RNA. Hieruit berekenden ze dat planeten die rond M-dwergsterren draaien, toegang zouden hebben tot 100–1000 keer minder bioactieve UV-straling dan een jonge aarde.
Als gevolg hiervan zou de chemie die afhankelijk is van UV-licht om chemische elementen en prebiotische omstandigheden in biologische organismen te veranderen, waarschijnlijk worden uitgeschakeld. Als alternatief schatte het team dat zelfs als deze chemie in staat zou zijn om verder te gaan onder een verminderd niveau van UV-straling, deze veel langzamer zou werken dan op aarde miljarden jaren geleden.
Zoals Robin Wordsworth - een assistent-professor aan de Harvard School of Engineering and Applied Science en een co-auteur van de studie - uitlegde, is dit niet per se slecht nieuws voor zover het vragen over bewoonbaarheid betreft. 'Het kan een kwestie zijn van het vinden van de goede plek', zei hij. "Er moet genoeg ultraviolet licht zijn om de vorming van leven op gang te brengen, maar niet zozeer dat het de atmosfeer van de planeet aantast en verwijdert."
Eerdere studies hebben aangetoond dat zelfs kalme rode dwergen dramatische uitbarstingen ervaren die hun planeten periodiek bombarderen met uitbarstingen van UV-energie. Hoewel dit als iets gevaarlijks werd beschouwd, dat de planeten in hun atmosfeer zou kunnen verwijderen en het leven zou kunnen bestralen, is het mogelijk dat dergelijke fakkels zouden kunnen compenseren voor de lagere niveaus van UV die gestaag door de ster worden geproduceerd.
Dit nieuws komt ook op de hielen van een onderzoek dat aangaf hoe de buitenplaneten van het TRAPPIST-1-systeem (inclusief de drie binnen de bewoonbare zone) mogelijk nog steeds voldoende water van hun oppervlak hebben. Ook hier was de sleutel UV-straling, waarbij het team dat verantwoordelijk was voor de studie de TRAPPIST-1-planeten controleerde op tekenen van waterstofverlies uit hun atmosfeer (een teken van fotodissociatie).
Dit onderzoek doet ook denken aan een recent onderzoek onder leiding van professor Avi Loeb, de voorzitter van de afdeling astronomie van de Harvard University, directeur van het Institute for Theory and Computation, en ook lid van de CfA. Onder de titel 'Relatieve kans op leven als functie van kosmische tijd' concludeerden Loeb en zijn team dat rode dwergsterren de meeste kans hebben om tot leven te komen vanwege hun lage massa en extreme lange levensduur.
Vergeleken met sterren met een hogere massa die een kortere levensduur hebben, blijven rode dwergsterren waarschijnlijk zes tot twaalf biljoen jaar in hun hoofdreeks. Daarom zouden rode dwergsterren zeker lang genoeg in de buurt zijn om zelfs een enorm vertraagde snelheid van organische evolutie op te vangen. In dit opzicht kan deze laatste studie zelfs worden beschouwd als een mogelijke oplossing voor de Fermi-paradox - Waar zijn alle buitenaardse wezens? Ze evolueren nog steeds!
Maar zoals Dimitar Sasselov - de Phillips Professor of Astronomy aan Harvard, de directeur van het Origins of Life Initiative en een co-auteur op het papier - aangaf, zijn er nog steeds veel onbeantwoorde vragen:
“We hebben nog veel werk te doen in het laboratorium en elders om te bepalen hoe factoren, waaronder UV, de levensvraag spelen. We moeten ook bepalen of er leven kan ontstaan op veel lagere UV-niveaus dan we hier op aarde ervaren. ”
Zoals altijd worden wetenschappers gedwongen om met een beperkt referentiekader te werken als het gaat om het beoordelen van de bewoonbaarheid van andere planeten. Voor zover wij weten, bestaat het leven alleen op de planeet (d.w.z. de aarde), wat van nature van invloed is op ons begrip van waar en onder welke omstandigheden het leven kan gedijen. En ondanks lopend onderzoek is de vraag hoe het leven op aarde is ontstaan nog steeds een mysterie.
Als er leven zou worden gevonden op een planeet die om een rode dwerg draait, of in extreme omgevingen waarvan we dachten dat ze onbewoonbaar waren, zou dat suggereren dat leven kan ontstaan en evolueren in omstandigheden die heel anders zijn dan die van de aarde. In de komende jaren wordt verwacht dat missies van de volgende generatie, zoals de James Webb Space Telescope, de Giant Magellan-telescoop, meer zullen onthullen over verre sterren en hun planetenstelsels.
De beloning van dit onderzoek zal waarschijnlijk nieuwe inzichten bevatten over waar het leven kan ontstaan en de omstandigheden waaronder het kan gedijen.
