We hebben de neiging om onze aardse omstandigheden als normaal te beschouwen. Een waterige, gematigde wereld die om een stabiele gele ster draait. Een plek waar het leven al bijna 4 miljard jaar bestaat. Het is bijna onvermijdelijk dat wanneer we denken aan andere plaatsen waar het leven zou kunnen gedijen, we onze eigen ervaring als maatstaf gebruiken.
Maar moeten we?
Onze zon is een hoofdreeksster van het G-type met een levensduur van ongeveer 10 miljard jaar. Hij is ongeveer vijf miljard jaar oud en drijft het leven op aarde al bijna 4 miljard jaar aan. Hoofdreekssterren van het G-type zijn niet de meest overvloedige en ook niet de langstlevende. Ze vormen slechts ongeveer 6% van de stellaire populatie van de Melkweg en leven slechts ongeveer 10 miljard jaar.
De meeste sterren in de Melkweg (ongeveer 73%) zijn rode dwergen of M-dwergen. M-dwergen zijn koeler dan onze zon en hun bewoonbare zones zijn kleiner. Maar ze leven veel langer, in een orde van grootte. Hun lange leven zou hen tot ideale sterren kunnen maken om hun leven te laten bloeien, gezien de juiste planeten. Maar rode dwergen kunnen vatbaar zijn voor dodelijk oplaaien en hun gevaarlijke energie-output is misschien niet zo gastvrij voor het leven zoals we dat kennen.
Er is een ander type hostster die astronomen Goldilocks-sterren beginnen te noemen. Ze zijn talrijker dan de zon, ze leven langer dan de zon en ze zenden niet zoveel gevaarlijke straling uit als M-dwergen.
Ze worden K-dwergen genoemd, ook wel oranje dwergen genoemd.
"K-dwergsterren bevinden zich op de‘ sweet spot ’, met eigenschappen die tussenliggen tussen de zeldzamere, meer lichtgevende, maar kortstlevende zonnetype-sterren (G-sterren) en de talrijke rode dwergsterren (M-sterren).
Edward Guinan, Villanova University
K-dwergen leven tussen 15 en 45 miljard jaar, ze vormen ongeveer 13% van de bevolking van de Melkweg en zenden slechts een zestiende maal zoveel dodelijke straling uit als M-dwergen.
In nieuw werk gepresenteerd op de 235e bijeenkomst van de American Astronomical Society, gebruikte een paar onderzoekers meerdere telescopen om enkele G- en K-dwergen in onze galactische buurt te onderzoeken. Het zijn Edward Guinan en Scott Engle van Villanova University in Pennsylvania. Hun onderneming heet het Goldiloks-project.
In een persbericht zei Guinan dat K-dwergsterren echte Goudlokje-sterren zijn. "K-dwergsterren bevinden zich op de 'sweet spot', met eigenschappen die tussenliggen tussen de zeldzamere, meer lichtgevende, maar kortstlevende zonnetype-sterren (G-sterren) en de talrijke rode dwergsterren (M-sterren). De K-sterren, vooral de warmere, hebben het beste van alle werelden. Als je op zoek bent naar planeten met bewoonbaarheid, vergroot de overvloed aan K-sterren je kansen om het leven te vinden. '
In een straal van 100 honderd lichtjaar van ons zonnestelsel zijn er ongeveer duizend K-dwergen. Deze sterren zijn rijp voor observatie. En hoewel ze veel minder talrijk zijn dan de M-dwergen, denken sommige astronomen dat we onze focus moeten verleggen naar K-dwergen als het gaat om het zoeken naar potentieel bewoonbare planeten.
M-dwergen zijn problematisch als het gaat om geschiktheid voor het leven. Ze zijn er in overvloed en ze hosten veel exoplaneten, maar ze zijn gevaarlijk. Omdat ze zo klein zijn, is hun bewoonbare zone heel dichtbij.
Dat betekent dat alle planeten in de bewoonbare zone waarschijnlijk netjes op slot zijn, wat de kans op bestaan zou kunnen verkleinen. De ene kant zou in eeuwige duisternis zijn en de andere kant in eeuwig licht. Dat zorgt voor extreme, problematische temperatuurverschillen, waarbij de bevroren kant de belangrijkste gassen uit de atmosfeer zou kunnen bevriezen, waardoor de daglichtzijde droog en kaal wordt.
M-dwergen zijn extreem energiek en onvast. Ze zijn vaak flakkerende sterren, en hun gewelddadige energie-output kan de atmosfeer van een planeet heel vroeg in zijn leven gemakkelijk wegnemen en elk organisme vernietigen dat voet aan de grond op de planeet heeft gekregen. Sommige van deze fakkels kunnen de helderheid van de ster binnen enkele minuten verdubbelen.
M-dwergen kunnen ook extreem krachtige magnetische velden hebben die de beschermende magnetosferen van planeten kunnen overweldigen. Een paper uit 2013 onderzocht het effect dat deze krachtige magnetische velden zouden kunnen hebben op alle potentieel bewoonbare planeten. Die studie zei: "Om een magnetosfeer ter grootte van een aarde te kunnen behouden, zou de terrestrische planeet, met uitzondering van slechts enkele gevallen, ofwel (1) aanzienlijk verder in een baan om de aarde moeten draaien dan de traditionele grenzen van de bewoonbare zone; of anders, (2) als het in een baan rond de bewoonbare zone zou zijn, zou het op zijn minst een magnetisch veld vereisen variërend van een paar G <Gauss> tot een paar duizend G. " Dit is in vergelijking met de magnetosfeer van de aarde die één Gauss is.
De krachtige magnetische velden van M-dwergen in combinatie met hun affakkeling maken ze vrijwel zeker giftig voor het leven. En hoewel dit intense affakkelen en krachtige magnetische veld zich later in het leven van een M-dwerg kan vestigen, zouden planeten in de bewoonbare zone dan al hun atmosfeer verloren hebben.
"We zijn niet meer zo optimistisch over de kansen om een geavanceerd leven te vinden rond veel M-sterren", zei Guinan.
K-dwergen zijn anders.
K-dwergen ervaren niet dezelfde overstraling en chaotische energie-output als M-dwergen. Ze missen ook dezelfde intense magnetische velden, die verantwoordelijk zijn voor een groot deel van de onherbergzame aard van een M-dwerg. Volgens het onderzoek van Guinan zenden K-dwergen slechts ongeveer 1/100 van zoveel dodelijke röntgenstralen uit als sommige M-dwergen.
Het Goldiloks-project mat de leeftijd, rotatiesnelheid en de röntgen- en ver-infraroodoutputs van een monster van koele G- en K-sterren. Ze gebruiken het Chandra X-ray Observatory en de XMM-Newton-satelliet in het project, maar ze vertrouwen sterk op de Hubble-ruimtetelescoop. De Hubble is extreem gevoelig voor ultraviolette straling afkomstig van waterstof, en ze gebruikten die gevoeligheid om de straling van 20 K-dwergen te beoordelen.
'Hubble is de enige telescoop die dit soort waarnemingen kan doen', zei Guinan.
Guinan en Engle ontdekten dat de stralingsniveaus rond K-sterren veel minder schadelijk waren dan rond M-dwergen. K-sterren hebben ook een langere levensduur en daardoor een tragere migratie van de bewoonbare zone. Dat maakt K-dwergen de ideale plek om naar leven te zoeken, en deze sterren zouden tijd geven voor de ontwikkeling van hoog ontwikkeld leven op geschikte planeten. Gedurende de gehele levensduur van de zon - 10 miljard jaar - verhogen K-sterren hun helderheid slechts met ongeveer 10-15%, waardoor de biologische evolutie een veel langere tijdspanne krijgt om geavanceerde levensvormen te ontwikkelen dan op aarde.
We kennen al enkele K-dwergen die exoplaneten hosten, en andere die ze zouden kunnen hosten, maar waar we niet zeker van zijn. Guinan en Engle keken naar drie bijzonder interessante doelen: Epsilon Eridani, Kepler-442 en Tau Ceti.
"Kepler-442 is opmerkelijk omdat deze ster (spectrale classificatie, K5) herbergt wat wordt beschouwd als een van de beste Goldilocks-planeten, Kepler-442b, een rotsachtige planeet die iets meer dan tweemaal de massa van de aarde is. Het Kepler-442-systeem is dus een Goldilocks-planeet die wordt gehost door een Goldilocks-ster! ' zei Guinan.
Guinan en Engle hebben 30 jaar lang verschillende soorten sterren geobserveerd. Ze hebben relaties bepaald tussen het type van een ster, de rotatie, leeftijd, röntgenstraling en UV-straling. Die gegevens vormen de basis van hun werk over hoe de hoogenergetische straling van een ster de atmosfeer en levensvooruitzichten van een planeet beïnvloedt.
Meer:
- Persbericht: Goldilocks Stars zijn de beste plekken om naar leven te zoeken
- Onderzoekspaper 2013: effecten van magnetische velden van M-dwerg op potentieel bewoonbare planeten
