211service.com
Er kan waarschijnlijk niet op zoveel planeten leven als we ooit dachten
Adrian Pelletier | Unsplash
Toen het Kepler Space Observatory in 2009 werd gelanceerd, begon het planeten rond andere sterren te vinden met een snelheid die astronomen in vervoering bracht. Deze gegevens leidden tot de schatting dat ons melkwegstelsel ongeveer 40 miljard aardachtige planeten moet bevatten die in de bewoonbare zones van zonachtige sterren en rode dwergen draaien.
De bewoonbare zone is het gebied rond een ster waar vloeibaar water kan voorkomen op het oppervlak van een planeet. Het is belangrijk omdat het bewijs op aarde suggereert dat vloeibaar water cruciaal is voor het leven. En als het leven gemakkelijk begint op aardachtige werelden, suggereren de cijfers van Kepler dat onze melkweg wemelt van het leven. Dus de race is begonnen om er bewijs van te vinden. Verschillende ruimtetelescopen worden ontworpen om te zoeken naar de unieke spectroscopische signatuur die het leven moet produceren.
Maar een belangrijke uitdaging zal zijn om de beste doelen te vinden: planeten waar de omstandigheden het meest bevorderlijk lijken voor complex leven. En astrobiologen beginnen erop te wijzen dat alleen vloeibaar water niet voldoende is. Als de aarde iets is om langs te gaan, is het aandeel van andere moleculen ook belangrijk. Te veel kooldioxide of koolmonoxide doodt bijvoorbeeld het complexe leven zoals we dat kennen.
Vandaag hebben Edward Schwieterman van het NASA Astrobiology Institute in Riverside, Californië, en een paar collega's de definitie van een bewoonbare zone herzien om rekening te houden met koolmonoxide- en kooldioxidegehaltes. Als gevolg hiervan zeggen ze dat de bewoonbare zone voor complex leven aanzienlijk kleiner moet zijn - ongeveer een kwart zo breed als de vorige definitie toelaat. Onze resultaten hebben een aantal belangrijke implicaties voor de zoektocht naar biosignaturen van exoplaneten en complex leven buiten ons zonnestelsel, zeggen Schwieterman en co.
Eerst wat achtergrond. De grootte van een bewoonbare zone is lastig te berekenen omdat oppervlaktetemperaturen afhankelijk zijn van verschillende feedbackprocessen in de atmosfeer, zoals het broeikaseffect. De conventionele definitie van een bewoonbare zone specificeert een atmosfeer die stikstof, koolstofdioxide en water bevat, gestabiliseerd door hetzelfde carbonaat-silicaat feedbackproces dat op aarde bestaat.
De carbonaat-silicaatcyclus is een langdurig proces waarbij silicaatgesteenten reageren met water en koolstofdioxide om carbonaatgesteenten te creëren, die vervolgens weer worden omgezet in silicaatgesteenten en koolstofdioxidegas door hoge drukken en temperaturen en door vulkanisme. Dit leidt tot een terugkoppeling die de niveaus van koolstofdioxide in de atmosfeer relatief stabiel houdt, waardoor een broeikaseffect de oppervlaktetemperaturen kan verhogen.
Aan de binnenrand van de bewoonbare zone kunnen relatief lage niveaus van koolstofdioxide temperaturen creëren die hoog genoeg zijn voor vloeibaar water. Op aarde varieerden de noodzakelijke koolstofdioxidegehalten in de loop van de geschiedenis van tientallen tot honderden deeltjes per miljoen.
Maar voor de middelste en buitenste regio's van de bewoonbare zone moeten de atmosferische kooldioxideconcentraties veel hoger zijn om de temperatuur te handhaven die bevorderlijk is voor vloeibaar oppervlaktewater, zeggen Schwieterman en co.
Een exoplaneet die vaak wordt beschouwd als een goede kandidaat voor buitenaards leven, is bijvoorbeeld Kepler-62f. Deze planeet is ongeveer drie keer zo zwaar als de aarde en draait om zijn gastheerstart in het sterrenbeeld Lyra op ongeveer dezelfde afstand als Venus. Maar omdat de gastheer minder fel is dan de zon, ontvangt Kepler-62F ongeveer dezelfde hoeveelheid zonlicht als Mars, dus hij bevindt zich aan de buitenrand van de bewoonbare zone.
Het broeikaseffect zou Kepler-62f gemakkelijk warm genoeg kunnen maken voor vloeibaar water. Maar Schwieterman en co hebben berekend dat er drie tot vijf bar kooldioxide nodig is om de slag te slaan. Dat is 1000 keer meer dan er ooit op aarde heeft bestaan tijdens de geschiedenis van het complexe leven hier.
Het team wijst erop dat deze niveaus van koolstofdioxide giftig zijn voor het meest complexe leven op aarde van vandaag, en dat verhoogde niveaus in het verleden een belangrijke factor zijn geweest bij massale uitstervingen. Bij het afbakenen van bewoonbare zones moet rekening worden gehouden met de fysiologische limieten voor het niveau van koolstofdioxide dat het leven kan verdragen. Dus Kepler-62f is misschien toch niet zo'n goede kandidaat.
Koolmonoxide bedreigt ook het complexe leven. Schwieterman en co berekenen dat planeten die om koele sterren draaien waarschijnlijk hogere niveaus van koolmonoxide hebben, omdat fotochemische omstandigheden gunstiger zijn voor de productie ervan. Dit legt een andere beperking op bewoonbare zones.
De uiteindelijke berekening van het team is om uit te zoeken hoe deze beperkingen ons huidige begrip van de grootte van de bewoonbare zone veranderen. Een implicatie is dat we misschien geen tekenen van intelligent leven of technosignaturen zullen verwachten op planeten die rond late M-dwergen draaien of op potentieel bewoonbare planeten aan de buitenrand van hun bewoonbare zones, zeggen Schwieterman en co.
Dat zal een aanzienlijke impact hebben op toekomstige zoekopdrachten naar biosignaturen van andere planeten. Astronomen kunnen heel goed besluiten zich te concentreren op warmere, zonachtige sterren waar de omstandigheden voor complex leven waarschijnlijk gunstiger zijn.
Maar de ontwerpers van toekomstige ruimtetelescopen hoeven niet bang te zijn voor een gebrek aan doelen. Zelfs als de bewoonbare zone aanzienlijk kleiner is dan eerder werd gedacht, is de kans groot dat er alleen al in onze melkweg vele honderden miljoenen kandidaten zullen zijn. Dat zou meer dan genoeg moeten zijn voor de missies die momenteel gepland zijn.
Referentie: arxiv.org/abs/1902.04720 : Een beperkte bewoonbare zone voor complex leven