Dergelijke planeten hebben vermoedelijk een dikkere ozonlaag, waardoor ze beter beschermd zijn tegen gevaarlijke ultraviolette straling. En als ze zich ook nog eens in de leefbare zone bevinden, zou hier zomaar eens leven kunnen gedijen.
Ondertussen jagen astronomen al jaren tevergeefs op aliens. Het vinden van buitenaards leven blijkt behoorlijk ingewikkeld. Want waar moet je precies beginnen met zoeken? Een nieuwe studie beperkt het aantal mogelijkheden nu fors. Want onderzoekers bepleiten dat we ons in het vervolg het beste kunnen richten op planeten die rond metaalarme sterren cirkelen.
Metaalarm en metaalrijk
In het heelal zijn veel verschillende soorten sterren te vinden. Misschien heb je weleens van rode dwergsterren gehoord of G-sterren (onze zon). Bovendien hebben sterren verschillende samenstellingen. Sommige sterren bevatten bijvoorbeeld grote hoeveelheden zware metalen, terwijl andere hier weinig van hebben. “Metalliciteit is een gebruikelijke aanduiding voor de aanwezigheid van elementen die zwaarder zijn dan waterstof en helium,” legt onderzoeker Anna Shapiro in gesprek met Scientias.nl uit. “Onze zon beschikt over meer dan 31.000 waterstofatomen per ijzeratoom. Sterren met meer metalen dan onze zon, noemen we metaalrijk. Sterren met minder metalen, zijn metaalarm. De metalliciteit van de sterren waarvan we weten dat ze exoplaneten herbergen, varieert sterk. Die kan tien keer kleiner zijn dan die van onze zon tot ongeveer vijf keer groter.”
Rode dwergsterren
Lange tijd hebben onderzoekers in hun zoektocht naar buitenaards leven hun pijlen gericht op rode dwergsterren (M-sterren); de meest voorkomende en langstlevende sterren in het heelal. Rode dwergen blijken vaak rotsachtige planeten te herbergen. En sommige van deze aardachtige werelden draaien ook nog eens in de leefbare zone. Al deze ingrediënten samen maken rode dwergen erg interessant in de zoektocht naar buitenaards leven. Toch komen onderzoekers daar steeds vaker op terug. Planeten die rond rode dwergen cirkelen worden vaak gebombardeerd met gevaarlijke röntgen- en ultraviolette (UV) straling, die tot honderdduizenden keren intenser kan zijn dan wat de aarde van de zon ontvangt. Omcirkelende exoplaneten zijn daardoor hun leven niet zeker en kunnen ieder moment van hun atmosfeer beroofd worden. Het betekent dat deze planeten mogelijk kurkdroog zijn. Al met al niet de perfecte omstandigheden voor het ontstaan van leven.
Ultraviolette straling
Kortom, wanneer een planeet met hoge niveaus ultraviolette straling bekogeld wordt, is de kans dat hier leven kan gedijen klein. Hoe dat bij de aarde zit? Atmosferische zuurstof en ozon beschermen de biosfeer van onze planeet tegen gevaarlijke UV-straling. De hoeveelheid uitgezonden UV-straling varieert echter van ster tot ster. Het is bekend dat lage niveaus van stellaire UV-straling ertoe leidt dat een omcirkelende planeet minder ozon herbergt – en dus minder goed beschermd is tegen UV. Maar wat is precies de invloed van stellaire metalliciteit op de UV-bescherming en planetaire bewoonbaarheid?
Studie
Om die vraag te beantwoorden, modelleerden Shapiro samen met haar collega’s de atmosferen van hypothetische aardachtige planeten. Deze planeten cirkelden om sterren met verschillende metalliciteiten. Na verdere analyse ontdekten de onderzoekers dat de planeten rond metaalarme sterren beter beschermd zijn tegen schadelijke UV-straling. En dat kan belangrijke implicaties hebben voor potentieel leven. Want dit betekent dat deze planeten meer schadelijke UV-straling blokkeren, waardoor er leven kan gedijen. “De ozonlaag van planeten rond metaalarme sterren is dikker dan de ozonlaag van planeten die rond metaalrijke sterren cirkelen,” legt Shapiro uit. “Hoe dikker de ozonlaag, hoe beter deze de UVB-straling van de zon absorbeert, zodat er minder schadelijke UVB-straling doordringt tot het planetaire oppervlak.”
UV-straling is ruwweg op te delen in drie soorten, namelijk UVA, UVB en UVC. UVA (315-400 nm) is het langgolvige UV-licht en bevindt zich direct naast het zichtbare violet. Naast het langgolvige UVA bevindt zich het kortgolvige UVB. UVB (280-315 nm) komt minder goed door onze atmosfeer heen dan UVA, maar de fotonen in het UVB kunnen veel makkelijker schadelijke fotochemische reacties aangaan dan de fotonen in het UVA. Zo zorgt UVB met name voor het zonverbrandingseffect en lijkt UVA verantwoordelijk te zijn voor het verouderingseffect, zoals het ontstaan van rimpels. Daarnaast bestaat er nog UVC (100-280 nm). Deze dodelijke UV-straling wordt volledig door de atmosfeer tegengehouden. Het zet zuurstof om in ozon en herstelt zo langzaam de ozonlaag. Tegelijkertijd is UVC zeer destructief voor huidcellen.
Hoewel metaalrijke sterren aanzienlijk minder UV-straling uitzenden dan metaalarme sterren, wordt het oppervlak van planeten die rond metaalrijke sterren cirkelen dus blootgesteld aan intensere UV-straling (omdat ze een minder dikke ozonlaag hebben). “De sleutel is een verschillende verdeling van energie in metaalrijke en metaalarme sterren,” licht Shapiro toe. “De dikte van de ozonlaag is evenredig met de verhouding van UVC-straling (ozonproducerende straling) tot UVB-straling (ozonvernietigende straling). En deze verhouding neemt af met de metalliciteit.”
Metaalarme sterren
Dit betekent dat in metaalarme sterren UVC-straling overheerst, waardoor zich een dichte ozonlaag kan vormen. Voor metaalrijke sterren, met een overheersende UVB straling, is dit beschermende effect veel schaarser. Dit betekent dat planeten rond metaalrijke sterren minder geschikt zijn voor leven, ondanks dat ze minder UV-straling ontvangen. “In tegenstelling tot de verwachtingen zouden metaalarme sterren dus gunstigere omstandigheden moeten bieden voor het ontstaan van leven,” aldus Shapiro.
Paradoxale conclusie
Naast dit verrassende nieuwe inzicht levert de studie ook nog een bijna paradoxale conclusie op. Naarmate het universum namelijk ouder wordt, zal het waarschijnlijk steeds vijandiger worden tegenover leven. Metalen en andere zware elementen worden namelijk, nadat een ster is gestorven, de ruimte in geblazen in de vorm van stellaire wind of tijdens een supernova-explosie: het bouwmateriaal voor de volgende generatie sterren. “Elke nieuw gevormde ster heeft daarom meer metaalrijk bouwmateriaal beschikbaar dan zijn voorganger,” vertelt Shapiro. “Het betekent dat sterren dus met elke generatie metaalrijker worden.” Volgens de nieuwe studie neemt de kans dat er leven ontstaat dus af naarmate het universum veroudert. De zoektocht naar buitenaards leven is echter niet hopeloos. Veel sterren die exoplaneten herbergen zijn immers ongeveer even oud als onze zon. En van de zon is bekend dat hij complexe en interessante levensvormen herbergt.
Leven
Al met al tonen de onderzoekers aan dat we in onze tot nu toe vruchteloze zoektocht naar leven misschien meer aandacht moeten schenken aan planeten rond metaalarme sterren. Want als deze planeten zich ook nog eens in de leefbare zone (waar vloeibaar water aan het oppervlak voorkomt) rond de ster bevinden, zijn dit misschien wel leefbare, zo niet bewoonbare werelden. Dit nieuw inzicht verfijnt de zoekopdracht gigantisch. Het zoeken naar een planeet die net als onze aarde leven herbergt, is als zoeken naar een naald in een hooiberg. Alleen al in onze Melkweg huizen miljarden sterren die allemaal eventueel leefbare planeten kunnen herbergen. “Ik denk dat onze studie het aantal potentieel interessante sterren verkleint,” betoogt Shapiro. “Onze bevindingen kunnen dan ook nuttig zijn voor toekomstige ruimtemissies die naar leven rond andere sterren speuren.”
Een veelbelovende ruimtemissie is de nog in aanbouw zijnde planetenjager PLATO, die waarschijnlijk in 2026 gelanceerd zal worden. “Het doel van deze missie is om aardachtige planeten rond zonachtige sterren op te sporen,” vertelt Shapiro. Maar Plato gaat niet alleen op zoek naar andere werelden. De bedoeling is namelijk dat de planetenjager ook deze exoplaneten zal karakteriseren, om te bepalen of er leven mogelijk is. PLATO zal bijvoorbeeld de atmosfeer bestuderen en de massa, grootte en leeftijd van exoplaneten met ongekende nauwkeurigheid in kaart brengen. Daarnaast zal de ruimtetelescoop zich ook op de eigenschappen van de moedersterren concentreren. Ten slotte zal de planetenjager de seismische activiteit van sterren bestuderen. Dit zal inzicht geven in de stellaire vorming en evolutie. Het is allemaal nodig voor een betekenisvolle zoektocht naar leven. En de huidige studie verschaft waardevolle aanwijzingen over aan welke sterren PLATO met name aandacht zou moeten schenken. “Elk nieuw inzicht dat we tijdens deze ruimtemissie zullen verkrijgen, verbetert ons begrip van exoplaneten en vergroot daardoor de kans dat we op buitenaards leven zullen stuiten,” besluit Shapiro.
