Wat is het recept voor een levende planeet? Astronomen weten het niet zeker - we hebben nog niemand anders dan de aarde gevonden.
Maar we hebben een aantal weloverwogen gissingen: het leven heeft waarschijnlijk water, koolstof en voldoende licht en warmte nodig om een wereld van stroom te voorzien zonder deze tot een kern te verbranden. De zwaartekracht mag niet te hoog zijn en ook een atmosfeer zou geen kwaad kunnen. Maar een nieuwe studie stelt een ander essentieel ingrediënt voor: grote asteroïde- en komeetinslagen, in precies de juiste hoeveelheden.
Wanneer een groot object een planeet raakt, gebeuren er twee dingen: het materiaal van het object wordt toegevoegd aan de massa van de planeet en een deel van de atmosfeer rond de impactzone wordt de ruimte in geschopt, zei Mark Wyatt, een astronoom van de University of Cambridge en leidt auteur van het nieuwe artikel. Bij werkelijk gigantische inslagen, zoals degene die de maan van de aarde vormde, wordt ook een atmosfeer aan de andere kant van de planeet opgestart, wat betekent dat er wat meer verloren gaat. Maar dat betekent niet dat een wannabe thuiswereld de effecten volledig zou moeten overslaan. Als een planeet de omstandigheden wil ontwikkelen die men voor het leven nodig heeft, is het het beste om tot een middencategorie van planeten te behoren die veel grote effecten absorberen - maar niet zo veel dat ze hun atmosfeer verliezen.
Dat komt omdat planeten vrijwel zeker "vluchtige stoffen" in hun atmosfeer nodig hebben om het leven te laten ontkiemen, vertelde Wyatt aan WordsSideKick.com. Vluchtige stoffen zijn chemicaliën, zoals water en kooldioxide, die bij lage temperaturen kunnen koken. Al het leven waarvan we weten, is afhankelijk van water en koolstof om zichzelf in stand te houden op een chemisch basisniveau, en wetenschappers zijn van mening dat de eigenschappen van die chemicaliën het nodig maken dat er overal in het universum leven ontstaat.
Maar niet alle planeten beginnen met de noodzakelijke concentraties vluchtige stoffen. Vroeg in het leven van een ster is het veel helderder. En die extra glans is heet genoeg om al het losse stof in het gebied dat later de bewoonbare zone van de ster wordt - het niet te hete, niet te koude gebied - later te bakken. Die hete vroege temperaturen verwijderen waarschijnlijk water en andere vluchtige stoffen uit het stof die uiteindelijk bewoonbare planeten zullen worden. Dus nadat planeten zijn gevormd en de ster is afgekoeld, moeten deze rotsachtige bollen hun vluchtige stoffen ergens anders in het zonnestelsel verkrijgen. Met andere woorden, ze moeten een heleboel grote verdwaalde objecten inslaan.
De onderzoekers ontdekten dat middelgrote objecten de beste kandidaten zijn om vluchtige stoffen af te leveren zonder de atmosfeer van de planeet te strippen en te steriliseren. De inslagen van asteroïden en kometen van 60 voet breed (20 meter) tot 3.300 voet breed (1 kilometer) zijn zeer efficiënt in het afgeven van vluchtige stoffen en zullen meer bijdragen aan de atmosfeer dan ze aftrekken, vonden de auteurs. Grotere asteroïden, met een diameter van ongeveer 1 tot 12 mijl (2 en 20 km), zullen de neiging hebben om meer atmosfeer te verwijderen dan ze toevoegen.
Grote schokken zoals die die de maan van de aarde vormden, vonden de auteurs, knoeien niet zoveel met dat verhaal als je zou verwachten. Dergelijke gebeurtenissen zijn vrij zeldzaam en hoewel ze de samenstelling van een atmosfeer kunnen veranderen, zullen ze deze niet volledig verwijderen.
Een van de belangrijke lessen uit dit artikel is dat kleine "M-klasse" -sterren - de meest voorkomende categorie sterren, te zwak om met het blote oog te zien, veelal rode dwergen - waarschijnlijk slechte kandidaten voor het leven zijn, schreven de auteurs. Dat is belangrijk, want er zijn heel wat potentieel bewoonbare exoplaneten rond dat soort sterren verschenen.
"Voor M-sterren betekent hun lage lichtsterkte dat de bewoonbare zone veel dichter bij de ster ligt dan bij een ster als de zon," zei Wyatt.
Om genoeg licht te krijgen, moet een aarde-achtige planeet rond een M-klasse ster misschien zo dicht bij die ster zijn als Mercurius bij onze zon is.
En het wordt erger. Vlak naast een kleine ster met een lage massa vliegen asteroïden en kometen met veel hogere snelheden rond en botsen dramatischer tegen planeten.
"Impacts met een hogere snelheid zijn veel efficiënter in het verwijderen van een atmosfeer," zei Wyatt.
Dat is slecht nieuws voor het leven op M-werelden. En het is niet de enige factor die het leven in de M-wereld onwaarschijnlijk maakt.
"Er zijn een aantal redenen waarom bewoonbare planeten in een baan rond M-dwergen mogelijk geen atmosfeer hebben, waaronder strippen van stellaire winden en de planeten zijn veel dichter bij hun gastster," zei Sarah Rugheimer, een expert in exoplaneetatmosferen aan de Universiteit van Oxford, die niet betrokken was bij dit onderzoek.
Dus is er enige hoop voor leven op M-werelden?
"Ik denk dat we deze vraag uiteindelijk observerend zullen beantwoorden met kort nadat deze is gelanceerd: hebben bewoonbare planeten die in een baan om M-dwergen draaien atmosferen?" Zei Rugheimer. 'We weten dat iets warmere en grotere planeten rond M-dwergen een dikke atmosfeer hebben. Maar deze vraag blijft nog steeds voor bewoonbare planeten: kunnen ze een dun genoeg atmosfeer behouden, zoiets als de aarde in plaats van Venus?'
De auteurs benadrukten in het artikel dat veel van hun conclusies gebaseerd zijn op onzekerheden: waar ontstaat leven? In hoeverre lijken andere zonnestelsels op ons zonnestelsel?
Edwin Bergin, een expert in planeetvorming en water aan de Universiteit van Michigan die niet betrokken was bij dit onderzoek, was het met de auteurs eens dat er wat hij noemde "significante complicaties" zijn in de berekeningen achter dit artikel.
'Maar de algemene trends die ze presenteren zijn best interessant en kunnen belangrijk zijn', zei hij.
Hij wees op zijn eigen werk, dat suggereerde dat de aarde begon met een dikkere, stikstofrijke atmosfeer, maar veel van de impact verloor. De auteurs van dit nieuwe artikel suggereerden in hun model dat inslagen van kometen en asteroïden mogelijk de atmosfeer van de aarde, Mars en Venus hebben gevormd.
Onderweg, aldus de onderzoekers, valt er meer te leren over hoe dit werk ons eigen zonnestelsel kan verklaren, met name de rol van gigantische inslagen hier. Dit artikel is nog niet gepubliceerd in een peer-reviewed tijdschrift en is beschikbaar op de preprint-server arXiv.
