211service.com
Hoe NASA's Exoplanet-modelleringssoftware de omstandigheden op Earth-Twin Proxima B . simuleerde
Vorige week werd de aarde wakker met het nieuws dat er een tweeling in een baan om Proxima Centauri draait, een rode dwergster en de naaste buur van de zon, op slechts 4,24 lichtjaar afstand. Proxima b, zoals deze tweelingplaneet wordt genoemd, is iets groter dan de aarde en draait elke 11 dagen om zijn ster op een afstand van slechts 1/20e van de aarde tot de zon.
Maar aangezien Proxima Centauri veel minder lichtgevend is dan de zon, bevindt Proxima b zich ruim binnen de zogenaamde bewoonbare zone waarin vloeibaar water op het oppervlak zou kunnen voorkomen. Dat heeft geleid tot gedetailleerde speculaties over hoe het oppervlak van Proxima b eruit zou kunnen zien en hoe waarschijnlijk het is dat deze omstandigheden het leven zouden kunnen ondersteunen.
Maar NASA heeft een softwaremodelleringstool genaamd VPlanet die de omstandigheden op exoplaneten modelleert op basis van wat er over hen bekend is, hun moederster en de processen van planetaire evolutie. VPlanet voorspelt vervolgens mogelijke omstandigheden aan het oppervlak en voorspelt of de planeet bewoonbaar is of niet.
Vandaag zeggen Rory Barnes en vrienden van NASA's Astrobiology Institute dat ze VPlanet de gegevens hebben laten kraken die zijn verzameld over Proxima b. Hierdoor konden ze mogelijke omstandigheden op Proxima b voorspellen.
VPlanet begint met het opsplitsen van het probleem van het bepalen van de bewoonbaarheid van exoplaneten in negen afzonderlijke taken die elk een ander aspect van planetaire evolutie onderzoeken. Eén taak kijkt bijvoorbeeld naar de evolutie van de moederster om te zien hoe veranderingen in helderheid bijvoorbeeld de directe omgeving van de planeet zouden hebben beïnvloed. Een ander kijkt naar de beweging van dit sterrenstelsel door de melkweg, op zoek naar nabije ontmoetingen die van invloed kunnen zijn geweest.
Nog een andere module onderzoekt het transport van warmte van de kern van de planeet naar het oppervlak om te zien hoe dit de temperatuur op het oppervlak zou hebben beïnvloed. En een andere simuleert de manier waarop de atmosfeer van de planeet in de ruimte is ontsnapt en hoeveel er vandaag op zijn plaats zou blijven. Enzovoorts.
De resultaten van dit modelleringsproces zorgen voor interessante lectuur. Een manier om voorspellingen te doen over complexe situaties, is door een simulatie vele malen uit te voeren om te zien of ze meestal op dezelfde plek terechtkomen. VPlanet gebruikt deze techniek om de invloed van passerende sterren op de baan van Proxima b te modelleren door willekeurig redelijke baanparameters te selecteren voor 10.000 verschillende simulaties. In beide gevallen stopte het team de simulatie toen de baan van Proxima b instabiel werd.
Dit gebeurde in ongeveer 15 procent van de onderzoeken. Dat is belangrijk omdat dit soort instabiliteiten een enorme impact zouden hebben op de bewoonbaarheid van een planeet.
VPlanet concludeerde ook dat als Proxima b zich op de huidige afstand van zijn ster zou vormen, deze getijde-locked moet zijn. Met andere woorden, het vertoont voortdurend hetzelfde gezicht aan zijn ster, zoals de maan doet aan de aarde. Dat zou de ene kant van de planeet kokend heet maken terwijl de andere kant ijskoud is. Dat zou ongeschikt zijn voor het leven.
Er is echter een voorbehoud. Als de atmosfeer van de planeet dik genoeg is om warmte effectief rond de planeet te transporteren, zou de temperatuur veel aangenamer zijn en zou Proxima b nog steeds bewoonbaar kunnen zijn als het getijde-locked is.
Het kan natuurlijk zijn dat de planeet van ergens anders naar zijn huidige afstand is gemigreerd, in welk geval hij niet getijdelijk vergrendeld zou zijn.
De toestand van de atmosfeer van Proxima b is een ander cruciaal punt van zorg. In dit opzicht simuleert VPlanet veel potentiële scenario's, uitgaande van de veronderstelling dat de planeet het leven begon met een overvloedige watervoorziening, meerdere malen die van de aarde. Onder deze omstandigheden voorspelt VPlanet dat het meeste water afbreekt en dat de resulterende waterstof de ruimte in ontsnapt. Als Proxima b gevormd is met minder dan tien keer het watergehalte van de aarde, en/of een aanhoudende convectie, afnemende magma-oceaan had, is het waarschijnlijk vandaag uitgedroogd, zegt het team.
Er is nog een mogelijkheid: Proxima b had een waterstofomhulsel dat ontsnapt in de ruimte terwijl het water op het oppervlak vasthoudt. In dit geval zou Proxima b vandaag bewoonbaar zijn, hoewel Barnes en co geen cijfer kunnen geven over hoe waarschijnlijk dit is.
Kortom, VPlanet suggereert dat Proxima b momenteel in een groot aantal mogelijke toestanden zou kunnen bestaan, waarvan sommige het leven zouden kunnen ondersteunen, terwijl andere dat niet zouden doen. Barnes en co concluderen dat Proxima b Venus-achtig, uitgedroogd, heet en ongeschikt voor leven zou kunnen zijn; het zou Neptunus-achtig kunnen zijn, omgeven door een omhulsel van waterstof dat het oppervlak te heet zou maken om bewoonbaar te zijn.
VPlanet voorspelt ook dat Proxima b zo rijk aan zuurstof zou kunnen zijn dat dit de evolutie van leven zou hebben verhinderd - zuurstof is natuurlijk zeer reactief en een krachtige oxidator.
Maar de meest opwindende voorspelling is dat Proxima b op de aarde lijkt met vloeibaar water en een atmosfeer die bevorderlijk is voor leven. In dat geval, zeggen Barnes en co, zou het eruit zien als een lichtpaarse stip als we het uiteindelijk waarnemen.
Dat is een beetje verrassend, aangezien zijn moederster een rode dwerg is, maar niet zo verschillend van het uiterlijk van de aarde als een lichtblauwe stip, mocht iemand op Proxima b deze kant opkijken.
Wat astrobiologen nu nodig hebben, zijn natuurlijk meer gegevens. Proxima b zal zeker de meest bestudeerde planeet buiten ons zonnestelsel worden. De volgende generatie ruimtetelescopen zal het broodnodige licht op de zaak werpen. De gegevens die ze verzamelen, zullen helpen om het bereik van mogelijke evolutionaire trajecten die Proxima b had kunnen nemen, te verkleinen.
De belangrijkste van deze observatoria zijn de James Webb Space Telescope, die in 2018 wordt gelanceerd, en de Wide Field Infrared Survey Telescope, die medio 2020 wordt gelanceerd. De volgende generatie telescopen op de grond, die meer dan 30 meter breed zullen zijn, zou ook een glimp moeten kunnen opvangen van de tweelingbroer van de aarde.
Deze instrumenten zullen in staat zijn om spectrografische onderzoeken te maken van de atmosfeer van Proxima b, op zoek naar hints van zuurstof, methaan, koolstofdioxide en waterstof. Dat zou een hint kunnen geven of de omstandigheden daar bevorderlijk zijn voor het leven. Op een dag kan de aarde misschien zelfs wakker worden met het nieuws dat astronomen glinsteren van de oceaan hebben ontdekt - sterrenlicht dat weerkaatst op zeewater terwijl de planeet draait. Wat een spannend moment zou dat zijn.
Referentie: arxiv.org/abs/1608.06919 : De bewoonbaarheid van Proxima Centauri b I: Evolutionaire scenario's; arxiv.org/abs/1608.08620 : De bewoonbaarheid van Proxima Centauri b II: milieustaten en waarnemingsdiscriminaties