Wir neigen dazu, unsere irdischen Umstände als normal zu betrachten. Eine wässrige, gemäßigte Welt, die einen stabilen gelben Stern umkreist. Ein Ort, an dem das Leben seit fast 4 Milliarden Jahren besteht. Wenn wir an andere Orte denken, an denen das Leben gedeihen könnte, ist es fast unvermeidlich, dass wir unsere eigenen Erfahrungen als Maßstab verwenden.
Aber sollten wir?
Unsere Sonne ist ein G-Typ Hauptreihenstern mit einer Lebensdauer von etwa 10 Milliarden Jahren. Es ist ungefähr fünf Milliarden Jahre alt und treibt das Leben auf der Erde bereits seit fast 4 Milliarden Jahren an. G-Hauptreihensterne sind nicht die am häufigsten vorkommenden und auch nicht die langlebigsten. Sie machen nur etwa 6% der Sternpopulation der Milchstraße aus und leben nur etwa 10 Milliarden Jahre.
Die meisten Sterne in der Milchstraße (ca. 73 %) sind Rote Zwerge, oder M Zwerge . M-Zwerge sind kühler als unsere Sonne und ihre bewohnbaren Zonen sind kleiner. Aber sie werden viel länger gelebt, um eine Größenordnung. Ihr langes Leben könnte sie zu idealen Sternen für das Leben machen, wenn sie die richtigen Planeten haben. Aber Rote Zwerge können anfällig für tödliches Aufflammen sein, und ihre gefährliche Energieabgabe ist möglicherweise nicht so lebensfreundlich, wie wir sie kennen.
Es gibt eine andere Art von Wirtsstern, die Astronomen beginnen, Goldlöckchen-Sterne zu nennen. Sie sind häufiger als die Sonne, leben länger als die Sonne und emittieren nicht so viel gefährliche Strahlung wie M-Zwerge.
Sie werden K-Zwerge genannt, auch Orangenzwerge genannt.
„K-Zwergsterne befinden sich im ‚Sweet Spot‘ mit Eigenschaften, die zwischen den selteneren, leuchtenderen, aber kurzlebigeren Sonnensternen (G-Sternen) und den zahlreicheren roten Zwergsternen (M-Sternen) liegen.“
Edward Guinan, Universität Villanova
K-Zwerge werden zwischen 15 und 45 Milliarden Jahre alt, machen etwa 13% der Bevölkerung der Milchstraße aus und emittieren nur ein Sechzehntel so viel tödliche Strahlung wie M-Zwerge.
Von oben nach unten: Die zahlreichen M-Zwerge oder Roten Zwerge; die weniger häufigen K-Zwerge; der relativ ungewöhnliche G-Typ-Stern, wie unsere Sonne. Die Grafik vergleicht die Sterne in Bezug auf mehrere wichtige Variablen. Die bewohnbaren Zonen, die möglicherweise lebenserhaltende Planeten beherbergen können, sind für heißere Sterne breiter. Die Lebensdauer von Roten Zwerg-M-Sternen kann 100 Milliarden Jahre überschreiten. Das K-Zwergalter kann zwischen 15 und 45 Milliarden Jahren liegen. Und unsere Sonne hält nur 10 Milliarden Jahre. Die relative Menge schädlicher Strahlung (für das Leben, wie wir sie kennen), die Sterne aussenden, kann für M-Zwerge im Vergleich zu unserer Sonne 80- bis 500-mal intensiver sein, aber für die orangefarbenen K-Zwerge nur 5- bis 25-mal intensiver. Rote Zwerge machen den Großteil der Bevölkerung der Milchstraße aus, etwa 73 %. Sonnenähnliche Sterne machen nur 6% der Bevölkerung aus und K-Zwerge machen 13% aus. Wenn diese vier Variablen ausgeglichen sind, sind K-Zwerge die am besten geeigneten Sterne, um potenziell fortgeschrittene Lebensformen zu beherbergen.
Credits: NASA, ESA und Z. Levy (STScI)
In einer neuen Arbeit, die auf der 235. Tagung der American Astronomical Society vorgestellt wurde, verwendeten zwei Forscher mehrere Teleskope, um einige G- und K-Zwerge in unserer galaktischen Nachbarschaft zu vermessen. Sie sind Edward Guinan und Scott Engle von der Villanova University in Pennsylvania. Ihr Vorhaben wird das Goldiloks-Projekt genannt.
In einem Pressemitteilung , sagte Guinan, dass K-Zwergsterne echte Goldlöckchensterne sind. „K-Zwergsterne befinden sich im ‚Sweet Spot‘, mit Eigenschaften, die zwischen den selteneren, leuchtenderen, aber kurzlebigeren Sternen vom Sonnentyp (G-Sterne) und den zahlreicheren roten Zwergsternen (M-Sternen) liegen. Die K-Sterne, besonders die wärmeren, haben die beste aller Welten. Wenn Sie nach bewohnbaren Planeten suchen, erhöht die Fülle an K-Sternen Ihre Chancen, Leben zu finden.“
In einem Radius von 100 Lichtjahren von unserem Sonnensystem gibt es ungefähr tausend K-Zwerge. Diese Sterne sind reif für die Beobachtung. Und obwohl sie weitaus weniger zahlreich sind als die M-Zwerge, denken einige Astronomen, dass wir unseren Fokus auf K-Zwerge richten sollten, wenn es um die Suche nach potenziell bewohnbaren Planeten geht.
M-Zwerge sind problematisch, wenn es um die Lebenstauglichkeit geht. Sie sind reichlich vorhanden und beherbergen viele Exoplaneten, aber sie sind gefährlich. Da sie so klein sind, ist ihre bewohnbare Zone sehr nahe.
Das bedeutet, dass alle Planeten in der bewohnbaren Zone wahrscheinlich durch Gezeiten gesperrt sind, was die Existenzchancen von Leben verringern könnte. Eine Seite wäre in ewiger Dunkelheit und die andere Seite in ewigem Licht. Das führt zu extremen, problematischen Temperaturunterschieden, bei denen die gefrorene Seite die Hauptgase aus der Atmosphäre ausfrieren könnte, wodurch die Tageslichtseite knochentrocken und unfruchtbar wird.
Gezeitengebundene Exoplaneten können aufgrund ihrer engen Umlaufbahnen um Rote Zwerge (M-Zwerg) sehr häufig vorkommen. Bildquelle: M.Weiss/CfA
M-Zwerge sind extrem energisch und unsicher. Sie sind oft Leuchtsterne, und ihre gewaltige Energieabgabe könnte die Atmosphäre eines Planeten sehr früh in seinem Leben leicht entfernen und jeden Organismus zerstören, der auf dem Planeten Fuß gefasst hat. Einige dieser Flares können die Helligkeit des Sterns innerhalb von Minuten verdoppeln.
M-Zwerge können auch über extrem starke Magnetfelder verfügen, die die schützenden Magnetosphären aller Planeten, die sie umkreisen, überwältigen können. EIN 2013 Papier untersuchten die Wirkung, die diese starken Magnetfelder auf potenziell bewohnbare Planeten haben könnten. In dieser Studie heißt es: „Um eine erdgroße Magnetosphäre aufrechtzuerhalten, müsste der terrestrische Planet, mit Ausnahme einiger weniger Fälle, entweder (1) deutlich weiter außerhalb der traditionellen Grenzen der bewohnbaren Zone umkreisen; oder (2) wenn es innerhalb der bewohnbaren Zone kreisen würde, würde es mindestens ein Magnetfeld im Bereich von einigen G bis zu einigen tausend G erfordern.“ Dies steht im Vergleich zur Magnetosphäre der Erde, die ein Gauss ist.
Die starken Magnetfelder von M-Zwergen in Kombination mit ihrem Aufflackern machen sie mit ziemlicher Sicherheit lebensgefährlich. Und auch wenn sich dieses intensive Flackern und starke Magnetfeld später im Leben eines M-Zwergs beruhigen kann, hätten Planeten in der bewohnbaren Zone zu diesem Zeitpunkt bereits ihre Atmosphäre verloren.
„Wir sind nicht mehr so optimistisch, was die Chancen betrifft, um viele M-Sterne fortgeschrittenes Leben zu finden“, sagte Guinan.
K-Zwerge sind anders.
Dies ist eine künstlerische Darstellung des bekannten TRAPPIST-1-Systems, eines Roten Zwergs, der 7 Exoplaneten beherbergt. Obwohl die Planeten alle terrestrische Planeten sind und sich drei in der bewohnbaren Zone befinden, bedeutet das beobachtete Flackern des Sterns TRAPPIST-1, dass Leben unwahrscheinlich ist. Bildquelle: NASA/JPL-Caltech
K-Zwerge erfahren nicht die gleiche aufflammende und chaotische Energieabgabe wie M-Zwerge. Ihnen fehlen auch die gleichen intensiven Magnetfelder, die für einen Großteil der unwirtlichen Natur der M-Zwerge verantwortlich sind. Laut Guinans Forschung emittieren K-Zwerge nur etwa 1/100 so viel tödliche Röntgenstrahlung wie einige M-Zwerge.
Das Goldiloks-Projekt maß das Alter, die Rotationsrate und die Röntgen- und Ferninfrarot-Ausgaben einer Probe kühler G- und K-Sterne. Sie verwenden das Chandra-Röntgenobservatorium und den XMM-Newton-Satelliten in dem Projekt, verlassen sich jedoch stark auf das Hubble-Weltraumteleskop. Der Hubble ist extrem empfindlich gegenüber ultravioletter Strahlung von Wasserstoff, und sie nutzten diese Empfindlichkeit, um die Strahlung von 20 K-Zwergen zu beurteilen.
„Hubble ist das einzige Teleskop, das diese Art von Beobachtung durchführen kann“, sagte Guinan.
Künstlerische Illustration von Epsilon Eridani und zwei Exoplaneten. EE ist ein K-Zwergstern, der nur 10,5 Lichtjahre von der Sonne entfernt ist. Es kann Exoplaneten beherbergen, aber ihre Existenz ist umstritten. Epsilon Eridani ist jung, nur eine Milliarde Jahre alt, und in diesem Alter durchlebt es eine turbulente Jugend. Aber es wird sich irgendwann beruhigen und könnte für Zehnmilliarden von Jahren ein stabiler, gastfreundlicher Stern sein. Bildnachweis: Von NASA, ESA, G. Bacon – http://www.spacetelescope.org/images/heic0613a/, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4208005
Guinan und Engle fanden heraus, dass die Strahlung um K-Sterne viel weniger schädlich war als um M-Zwerge. K-Sterne haben auch eine längere Lebensdauer und daher eine langsamere Wanderung der bewohnbaren Zone. Das macht K-Zwerge zum idealen Ort, um nach Leben zu suchen, und diese Sterne würden Zeit lassen, damit sich hochentwickeltes Leben auf geeigneten Planeten entwickeln kann. Während der gesamten Lebensdauer der Sonne – 10 Milliarden Jahre – erhöhen K-Sterne ihre Helligkeit nur um etwa 10-15%, was der biologischen Evolution eine viel längere Zeitspanne zur Entwicklung fortgeschrittener Lebensformen verleiht als auf der Erde.
Wir kennen bereits einige K-Zwerge, die Exoplaneten beherbergen, und andere, die sie beherbergen könnten, bei denen wir uns jedoch nicht sicher sind. Guinan und Engle haben sich drei besonders interessante Ziele angesehen: Epsilon Eridani , Kepler-442 , und Tau Ceti.
Kepler 442 ist ein K-Zwergstern, der einen felsigen Exoplaneten beherbergt, der etwa doppelt so massiv ist wie die Erde. Der Planet befindet sich in der bewohnbaren Zone des Sterns und ist ein Objekt von intensivem Interesse. Illustration des Künstlers. Bildnachweis: Von Ph03nix1986 – Eigene Arbeit, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=39708345
„Kepler-442 ist insofern bemerkenswert, als dieser Stern (Spektralklassifikation, K5) einen der besten Goldlöckchen-Planeten beherbergt, Kepler-442b, ein Gesteinsplanet, der etwas mehr als die doppelte Masse der Erde hat. Das Kepler-442-System ist also ein Goldlöckchen-Planet, der von einem Goldlöckchen-Stern beherbergt wird!“ sagte Guinan.
Guinan und Engle haben 30 Jahre damit verbracht, verschiedene Arten von Sternen zu beobachten. Sie haben Zusammenhänge zwischen Sterntyp, Rotation, Alter, Röntgen- und UV-Emissionen ermittelt. Diese Daten sind die Grundlage ihrer Arbeit darüber, wie sich die hochenergetische Strahlung eines Sterns auf die Atmosphäre und die Lebensaussichten eines Planeten auswirkt.
Mehr:
- Pressemitteilung: Goldlöckchen-Sterne sind die besten Orte, um nach Leben zu suchen
- Forschungspapier 2013: Auswirkungen von M-Zwerg-Magnetfeldern auf potenziell bewohnbare Planeten
