Felsplaneten, die weiße Zwergsterne umkreisen, könnten die perfekten Orte sein, um nach Leben zu suchen

Einige sehr leistungsstarke Teleskope werden in naher Zukunft das erste Licht sehen. Einer von ihnen ist das lang erwartete James Webb Space Telescope (JWST). Eine der Aufgaben des JWST – und auch der anderen kommenden „Scopes“ besteht darin, nach Biosignaturen in der Atmosphäre von Exoplaneten zu suchen. Jetzt zeigt eine neue Studie, dass das Finden dieser Biosignaturen auf Exoplaneten, die weiße Zwergsterne umkreisen, uns die besten Chancen geben könnte, sie zu finden.

Das neue Papier trägt den Titel „ Hochauflösende Spektren und Biosignaturen erdähnlicher Planeten, die Weiße Zwerge durchqueren .“ Hauptautorin ist Thea Kozakis, Doktorandin am Carl Sagan Institute der Cornell University. Die Studie ist im . veröffentlicht Astrophysikalische Zeitschriftenbriefe .

„Wir zeigen, was die spektralen Fingerabdrücke sein könnten und worauf künftige weltraumgestützte und große terrestrische Teleskope achten können.“

Thea Kozakis, Hauptautorin, Cornell University

Weiße Zwerge sind faszinierende Sterne, besonders wenn es um die Jagd nach erdähnlichen Planeten geht. Obwohl sie als stellare Überreste gelten – was bedeutet, dass sie die Fusion eingestellt haben – leuchten sie immer noch. Tatsächlich können Weiße Zwerge Milliarden von Jahren stabil bleiben, nachdem sie aufgehört haben, Elemente zu verschmelzen. Seit Milliarden von Jahren geben sie ihre gespeicherte Wärmeenergie ab und erwärmen alle nahen Planeten. Das bedeutet, dass jedes Leben auf Planeten, das sie umkreist, stabil ist und sich nicht damit auseinandersetzen muss tödliches Aufflammen oder andere gefährliche Umstände.

Künstlerische Illustration eines hypothetischen Exoplaneten, der einen Roten Zwerg umkreist. Rote Zwerge sind anfällig für intensives Flackern und würden das Überleben des Lebens auf eng umkreisenden Exoplaneten erschweren. Bildquelle: NASA/ESA/G. Speck (STScI)

Weiße Zwerge sind auch klein, was bedeutet, dass Teleskope nicht mit einer riesigen leuchtenden Kugel zu kämpfen haben, wenn sie versuchen, Planeten neben den Zwergen zu studieren.

Nun hat ein Team von Wissenschaftlern eine Art Werkzeugkasten entwickelt, der Weltraumteleskopen und Bodenteleskopen hilft, auf Planeten rund um Weiße Zwerge nach Lebenszeichen zu suchen. Eine Pressemitteilung nennt es 'einen Spektralfeldführer für diese felsigen Welten'.

„Wir zeigen, was die spektralen Fingerabdrücke sein könnten und worauf künftige weltraumgestützte und große terrestrische Teleskope achten können“, sagte Thea Kozakis in einer Pressemitteilung.

Sonnenähnliche Sterne können so hell sein, dass es schwierig ist, Planeten zu entdecken, die sie umkreisen. Wenn ein Planet vor seinem Stern durchquert, und wenn dieser Transit zwischen uns und dem Stern stattfindet, dann haben Raumschiffe wie Kepler und TESS eine Chance, sie zu entdecken. Es gibt einige Probleme mit der Transitmethode, aber sie war unsere erfolgreichste Methode, Exoplaneten zu finden. Bis heute gibt es Tausende von bestätigten Exoplaneten.

„Die Veröffentlichung dieser Art von Leitfaden ermöglicht es den Beobachtern zu wissen, wonach sie suchen müssen.“

Thea Kozakis, Hauptautorin, Cornell University

Ein Weißer Zwerg stellt seine eigenen Herausforderungen, wenn es darum geht, Planeten zu entdecken. Obwohl sie nicht so groß wie ein Hauptreihenstern und daher nicht so hell sind, stellt ihre geringe Größe ein weiteres Problem dar. Bei einem so kleinen Mutterstern ist es noch schwieriger, den Transit eines umkreisenden Planeten zu sehen. Es ist auch weniger wahrscheinlich, dass sich ein Planet zwischen uns und dem kleinen Stern bewegt.

Aber es ist immer noch möglich, sie zu erkennen.

Dinge in der Umgebung von Weißen Zwergen zu entdecken, ist eine ziemlich neue Entwicklung in der Astronomie. Vor kurzem beobachteten Astronomen zum ersten Mal Trümmerscheiben um Weiße Zwerge. Im Jahr 2015 hat ein Team von Astronomen fand mindestens ein zerfallendes Planetesimal umkreist einen Weißen Zwerg. Im Jahr 2019, eine andere studie Beweise für Planeten, die einen Weißen Zwerg umkreisen. Andere Studie ab 2019 präsentierten Beweise dafür, dass es etwa 1 von 10.000 „spektroskopisch nachweisbaren Riesenplaneten in engen Umlaufbahnen um Weiße Zwerge“ gibt.

Aber wir werden nicht wirklich wissen, wie viele es sind, bis wir besser darin sind, sie zu erkennen. Im Dezember 2019 fanden Astronomen ein Planet von Neptungröße umkreist einen Weißen Zwerg , obwohl in diesem Fall der Zwerg den Planeten langsam zerstörte.

Astronomen haben einen weißen Zwergstern gefunden, der von einer abgestumpften Gasscheibe umgeben zu sein scheint. Die Scheibe entstand wahrscheinlich aus einem Gasplaneten, der durch seine Schwerkraft auseinandergerissen wurde. Bildquelle: Warwick University.

Astronomen werden wahrscheinlich immer mehr Planeten finden, die weiße Zwergsterne umkreisen. Einige von ihnen werden erdähnlich sein. Und wenn sie diese finden, wollen sie die Atmosphäre nach Lebenszeichen absuchen. Hier kommt die neue Studie von Kozakis ins Spiel.

„Gesteinsplaneten um Weiße Zwerge sind faszinierende Kandidaten für eine Charakterisierung, weil ihre Wirte nicht viel größer sind als erdgroße Planeten“, sagte Lisa Kaltenegger , außerordentlicher Professor für Astronomie am College of Arts and Sciences und Direktor des Carl Sagan Institute.

„Wir hoffen und suchen nach dieser Art von Transit“, sagte Kozakis. „Wenn wir einen Transit eines solchen Planeten beobachten, können Wissenschaftler herausfinden, was sich in seiner Atmosphäre befindet, auf dieses Papier zurückgreifen, es mit spektralen Fingerabdrücken zuordnen und nach Lebenszeichen suchen. Die Veröffentlichung eines solchen Leitfadens ermöglicht es den Beobachtern zu wissen, wonach sie suchen müssen.“

Dieses Bild aus der Studie zeigt einige der Spektren im Toolkit. Jedes der sechs Kästchen präsentiert Spektren für verschiedene Elemente in der Atmosphäre eines Planeten und zeigt auch, wie jedes einzelne um einen Weißen Zwerg unterschiedlichen Alters und anderer Temperatur aussehen würde. Bildquelle: Kozakis et al., 2020.

Weiße Zwerge kühlen schließlich ab. Es dauert lange, aber irgendwann werden sie zu schwarzen Zwergen und geben überhaupt keine Wärme ab. Um die unterschiedlichen Temperaturen und Farben der Weißen Zwerge bei ihrer Entwicklung zu berücksichtigen, haben die beiden Forscher ihren Spektrenführer um drei Temperaturen herum aufgebaut. Sie schreiben: „Um die Entwicklung der WD-Planeten während der Abkühlung ihres Wirts zu untersuchen, modellieren wir die Photochemie und das Klima solcher Planeten mithilfe von WD-Spektralmodellen, die in Saumon et al. (2014) für WD-Hosts bei 6.000, 5.000 und 4.000 K.“

„Wir wollten wissen, ob das Licht eines Weißen Zwergs – eines längst verstorbenen Sterns – es uns ermöglichen würde, Leben in der Atmosphäre eines Planeten zu entdecken, wenn es dort wäre“, sagte Kaltenegger. Sie erstellten auch Spektralmodelle für verschiedene Atmosphären.

Diese Studie konzentriert sich auf spektrale Biosignaturen, die von Methan, Lachgas und Ozon erzeugt werden. Sie zu erkennen, ist jedoch nicht so einfach. Es gibt Fehlalarme, mit denen man kämpfen muss. Dennoch „erweitert diese Studie wissenschaftliche Datenbanken, um spektrale Lebenszeichen auf Exoplaneten zu finden…“, wie es in einer Pressemitteilung heißt.

Aber es gibt immer noch einige übergreifende Fragen im Zusammenhang mit potenziellem Leben auf Planeten, die Weiße Zwerge umkreisen.

Bevor ein Stern zum Weißen Zwerg wird, durchläuft er eine Phase des Roten Riesen. Der Stern verliert so viel Masse, dass er sich nicht selbst halten kann und sich ausdehnt. Unsere eigene Sonne wird das durchmachen, und wenn sie sich ausdehnt, wird sie Merkur, Venus und vielleicht sogar die Erde verzehren. Das Leben würde diesen turbulenten Wandel wahrscheinlich nicht überleben. Könnte es also wirklich Leben auf einem erdähnlichen Planeten geben, der einen Weißen Zwerg umkreist?

Es gibt viele Weiße Zwerge, aber könnten sie das Leben unterstützen? Dies ist die künstlerische Darstellung eines Weißen Zwergs (ausgebrannten) Sterns, der felsige Trümmer ansammelt, die vom überlebenden Planetensystem des Sterns hinterlassen wurden. Es wurde von Hubble im Hyades-Sternhaufen beobachtet. Unten rechts ist ein Asteroid zu sehen, der auf eine Saturn-ähnliche Staubscheibe fällt, die den toten Stern umgibt. Bildnachweis: NASA, ESA und G. Bacon (STScI)

Niemand weiß. Planeten können wandern, und es ist möglich, dass ein Planet den Übergang seines Sterns von der Hauptreihe zum Weißen Zwerg überlebt. Oder es ist sogar möglich, dass das Leben auf einem Planeten wieder beginnt, wenn sein Wirtsstern ein Weißer Zwerg geworden ist. Schließlich sind Weiße Zwerge sehr stabil und langlebig.

„Wenn wir auf Planeten, die im Licht längst verstorbener Sterne umkreisen, Lebenszeichen finden würden“, so Kaltenegger, „wäre die nächste spannende Frage, ob das Leben den Tod des Sterns überlebt oder von vorne begonnen hat – eine zweite Genese, wenn man so will .“

Mehr:

• Pressemitteilung: Längst tote Sterne können Hinweise auf das Leben im Kosmos geben
• Forschungsbericht: Hochauflösende Spektren und Biosignaturen erdähnlicher Planeten, die Weiße Zwerge durchqueren
• Universum heute: Ein Planet von Neptungröße umkreist einen toten Weißen Zwergstern. Hier ist der verrückte Teil, der Planet ist 4 Mal größer als der Stern