Waarom heeft de aarde precies genoeg water om leven mogelijk te maken, maar niet zo veel dat we op een waterwereld leven? Japanse onderzoekers denken dat dit komt doordat een nabije supernova ons zonnestelsel in de juiste stoffen baadde. En het mooie is: dit gebeurt in ons heelal waarschijnlijk veel vaker dan we tot nu toe dachten.
Laten we even teruggaan naar het prille begin van ons zonnestelsel. De bouwstenen waaruit planeten toen ontstonden, bevatten oorspronkelijk veel meer water dan er nu aanwezig is op aarde. Ergens onderweg is het grootste deel van dat water verdwenen.
De boosdoener: radioactieve stoffen met de welluidende naam ‘kortlevende radionucliden’. De belangrijkste daarvan is aluminium-26. Dat is een onstabiele variant van gewoon aluminium die binnen enkele honderdduizenden jaren uiteenvalt. Bij dat verval komt warmte vrij. De eerste rotsachtige brokken in ons zonnestelsel werden zo van binnenuit verhit, waardoor water en andere vluchtige stoffen verdampten.
Het probleem was alleen: waar kwam al dat radioactieve aluminium vandaan? Gezien de korte levensduur kon het niet simpelweg zijn overgebleven uit de gaswolk waaruit ons zonnestelsel ontstond. Het duurde immers miljoenen jaren voordat ons zonnestelsel was gevormd.
Een supernova in de achtertuin
Wetenschappers denken al langer dat een nabije supernova de bron moet zijn geweest. Maar deze hypothese had een probleem. Om genoeg radioactief materiaal in de protoplanetaire schijf rond de jonge zon te krijgen, zou de supernova zo dichtbij moeten zijn geweest dat de explosie de schijf zou hebben vernietigd. Geen schijf, geen planeten en dus geen aarde.
Onderzoekers van de Universiteit van Tokio stellen nu een alternatieve oplossing voor. Ze noemen het het ‘onderdompelingsmodel’. Het werkt als volgt: wanneer een supernova ontploft, stuurt deze een schokgolf door de ruimte. In die schokgolf zitten niet alleen brokstukken van de ontplofte ster, maar ook enorme hoeveelheden versnelde deeltjes, vooral protonen met veel energie.
Wanneer zo’n schokgolf een protoplanetaire schijf passeert, gebeuren er twee dingen tegelijk. Sommige radioactieve stoffen worden rechtstreeks uit de supernova in de schijf geschoten. Maar daarnaast bombarderen deze versnelde deeltjes de materie die al in de schijf aanwezig is en zetten daarbij gewone atomen om in radioactieve varianten. De schijf wordt als het ware ‘ondergedompeld’ in een bad van kosmische straling die ter plekke nieuwe radioactieve stoffen aanmaakt.
De juiste afstand
Dit model werkt bij een supernova op een afstand van 1 parsec, zo’n 3,26 lichtjaar. Dat is ver genoeg om de protoplanetaire schijf intact te laten, maar dichtbij genoeg om de juiste mix van radioactieve stoffen te leveren. De onderzoekers berekenden dat hun model alle zes bekende kortlevende radionucliden uit ons vroege zonnestelsel zou kunnen verklaren, iets wat eerdere modellen niet voor elkaar kregen.
De grote vraag is natuurlijk: hoe vaak gebeurt zoiets? De onderzoekers hebben om deze vraag te beantwoorden data van sterrenhopen onder de loep genomen en concluderen dat de meeste zonachtige sterren die in een cluster geboren worden minstens één supernova binnen 1 parsec meemaken tijdens de levensduur van hun protoplanetaire schijf. Dat is veel vaker dan de zeer nabije explosies die eerdere modellen vereisten.
Meer aardachtige planeten
Als dit mechanisme zo vaak voorkomt als het model voorspelt, dan hebben mogelijk 10 tot 50 procent van alle zonachtige sterren in ons melkwegstelsel een vergelijkbare dosis radioactieve stoffen meegekregen als ons zonnestelsel. En dat betekent dat de omstandigheden voor het vormen van relatief droge, rotsachtige planeten zoals de aarde veel gebruikelijker zouden zijn dan wetenschappers tot nu toe aannamen.
Zonder die radioactieve verhitting zouden planeten die in de ‘leefbare zone’ rond hun ster ontstaan immers mogelijk waterwerelden worden, met oceanen die tientallen procenten van hun massa uitmaken. Leuk voor Kevin Costner, maar vermoedelijk minder geschikt voor complex leven.
Staat nog niet vast
De onderzoekers erkennen dat hun model nog de nodige onzekerheden kent. De exacte hoeveelheden radioactieve stoffen die een supernova produceert, variëren afhankelijk van de massa van de oorspronkelijke ster. Ook de efficiëntie waarmee kosmische straling deeltjes versnelt, is niet met zekerheid bekend. Variaties in onder meer deze parameters kunnen de voorspelde hoeveelheden radioactieve stoffen met een factor twee doen verschuiven.
De voorspelling zou getest kunnen worden door gericht te zoeken naar aardachtige planeten rond nabije sterren. Als dergelijke missies inderdaad meerdere rotsachtige planeten vinden in de leefbare zone, zou dat de theorie ondersteunen.
We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Mogelijk nieuwe verklaring voor begin van het leven op Aarde: microbliksem in waterdruppels en Hoe ontstond water op aarde? Misschien wel dankzij de zon. Of lees dit artikel: Astronomen bouwen ‘snelheidscamera’ voor het heelal die groot kosmisch mysterie moet oplossen.
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
