Rond kleine sterren kunnen gekantelde planeten minder leefbaar zijn

Er zijn veel kenmerken die een planeet onherbergzaam kunnen maken tot leven, en nieuw onderzoek toont aan dat voor sommige planeten een gekantelde baan een van die factoren kan zijn.

Planeten in een baan om verre sterren hebben mogelijk de juiste omstandigheden voor het leven als ze bestaan ​​in de zogenaamde bewoonbare zone - een gebied rond de ster waar de planeet voldoende zonlicht ontvangt zodat er vloeibaar water op het oppervlak kan bestaan. Dit temperatuurbereik is ideaal voor het soort leven dat op aarde wordt waargenomen.

Maar een nieuwe studie toont aan dat voor een planeet in een baan om een ​​type kleine, schemerige ster bekend als een M-dwerg, de tilt van de planeet de wereld onherbergzaam kan maken, zelfs als deze in de bewoonbare zone van de ster ligt. Het onderzoek onderzocht hoe de "obliquity" van een planeet - of de helling ten opzichte van de platte schijf van zijn baan - de verandering in oppervlaktetemperatuur beïnvloedde.

Een planeet met 0 graden schuinte heeft een noordpool die recht omhoog wijst vanaf het pad rond zijn ster, terwijl de evenaar in lijn ligt met zijn baan. Een wereld met hoge schuine stand heeft zijn polen gekanteld, soms zo ver dat ze bijna op één lijn liggen met de baanschijf van de planeet. [10 exoplaneten die het leven van buitenaardse wezens zouden kunnen hosten]

"We vinden dat het klimaat van planeten met hogere schuine standen over het algemeen warmer is dan die met lagere schuine standen", zei het internationale team van onderzoekers, geleid door Yuwei Wang van de universiteit van Peking in Peking. Gekantelde werelden eindigen warmer dan hun rechtopstaande broers en zussen, verdampend water van het oppervlak verder weg van hun ouderster, vergeleken met werelden met een lagere tilt. Voor die planeten wordt de binnenste grens van de bewoonbare zone naar buiten verplaatst, weg van de ster.

Een verschuiving in de bewoonbare zone lijkt misschien ideaal, omdat het bewoonbare werelden verder van de frequente bursts van door M-dwergen geproduceerde straling zou verplaatsen. Maar werelden met een hoge schuinstand bevriezen ook sneller dan werelden met lagere schuine standen, wat betekent dat de buitenste grens van de bewoonbare zone ook effectief naar binnen toe beweegt.

Het totale resultaat is een kleinere bewoonbare zone voor planeten met een hoge punt.

De bewoonbare zone versmallen

Wetenschappers zeggen dat M-dwergen, die 10 keer meer voorkomen dan zonachtige sterren, goede kandidaten lijken te zijn voor het vinden van potentieel bewoonbare, aardachtige werelden. Omdat ze zwakker zijn, is het gemakkelijker voor wetenschappers om planeten om zich heen te herkennen. (De schittering van een heldere ster kan elk teken van een planeet overstemmen.) En de typische levensduur van een M-dwerg - waarvan simulaties hebben aangetoond dat ze langer zijn dan het 13,8-miljard jaar oude tijdperk van het universum - geeft het leven voldoende tijd om te leven evolueren.

Maar hoewel deze sterren zwak zijn, stoten ze aanzienlijke hoeveelheden straling uit. Eerdere studies hebben aangetoond dat M-dwergen constant plasma en geladen deeltjes afvuren die botsen met banen in een baan om de aarde, wat een gevaar vormt voor het oppervlakleven. Wetenschappers blijven discussiëren over de vraag of de omstandigheden op planeten in een baan om donkere sterren geschikt zijn voor het leven.

Voer getipte werelden in. Terwijl de meeste onderzoeken naar werelden rond M-dwergen zich concentreren op rechtopstaande planeten, besloot Wang's team zich te concentreren op hun getipte neven en nichten. Volgens de onderzoekers gaan de meeste studies ervan uit dat de effecten van de zwaartekracht van een M-dwerg de planeten rechtop in hun net vergrendeld banen moeten trekken, waarbij een zijde permanent de ster onder ogen ziet. Maar de nieuwe studie wijst naar de maan, die netjes opgesloten is met de aarde, ook al is de maan 6,7 graden gekanteld.

"Het is heel goed mogelijk dat bewoonbare terrestrische planeten rond M-dwergen elke scheefstand tussen 0 en 90 graden kunnen handhaven," zeiden ze.

Om de effecten te bepalen die een schuine spin zou kunnen hebben op de leefbaarheid van een planeet, modelleerden de onderzoekers de sferen van dergelijke werelden. Op planeten met een obliquiteit van 0, schijnt hun ster constant over de evenaar. Wanneer een planeet ergens tussen 0 en 90 graden wordt gekanteld, verandert het pad van de ster het hele jaar door.

Op aarde, waar de schuine hoek 23,5 graden is, resulteert het veranderende pad van de zon over de hemel in seizoenen, omdat de regio met het sterkste zonlicht het hele jaar door verandert.

Voor M-dwergen ontdekten de onderzoekers dat hogere schuine standen resulteerden in hogere temperaturen voor werelden die heel dicht bij de ster lagen. Eerdere studies toonden aan dat op afgedankte werelden die in een baan rond de zon draaien, minder ijs terugvloeit in de ruimte, waardoor de planeet meer warmte vasthoudt.

Maar op getipte M-dwerg werelden, die erg korte jaren hebben, beweegt de hotspot constant, wat resulteert in verminderde wolkenvorming, onthult het nieuwe onderzoek. Minder bewolking betekent minder licht en warmte, gereflecteerd in de ruimte, waardoor een heterere wereld ontstaat dan een rechtopstaande planeet in dezelfde baan, aldus de onderzoekers.

Ironisch genoeg zorgt de zwervende hotspot ervoor dat de werelden op grotere afstanden niet voldoende verhit raken aan de buitenste randen, zo ontdekten de onderzoekers. Omdat het heetste deel van de planeet constant in beweging is, heeft de planeet moeite om warm te blijven en kan het gemakkelijker bevriezen dan rond een zon als een zon, merkten ze op.

De nieuwe studie verschuift de buitenste grens voor bewoonbaarheid voor getipte planeten dichter bij de ster.

"Voor planeten die in een baan rond M-dwergsterren draaien, wordt de binnenrand van de bewoonbare zone verder weg van de ster geduwd en wordt de buitenste rand dichterbij geduwd", exoplanet-wetenschapper Ravi Kopparapu, een onderzoeker NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt , Maryland, vertelde ProfoundSpace.org per e-mail. Kopparapu, die niet betrokken was bij het onderzoek, bestudeert de bewoonbaarheid van werelden rond andere sterren.

"Bijgevolg is de breedte van de bewoonbare zone blijkbaar verminderd," zei Kopparapu.

De conservatieve schatting van het onderzoek van de binnenrand van de bewoonbare zone van een getipte planeet is ongeveer 5 procent kleiner dan die van een rechtopstaande planeet.Als de wereld lijdt onder een uit de hand gelopen broeikaseffect - als gassen in de atmosfeer warmte vasthouden die leidt tot meer gas en dus meer warmte - zou de bewoonbare zone volgens het nieuwe onderzoek met wel 20 procent kunnen krimpen.

Het onderzoek is gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters.

Veel zorgen te maken

Planeten worden gevormd in een wolk van gas en stof die achterblijft nadat hun ster is geboren. Wanneer meerdere werelden om een ​​ster cirkelen, kunnen ze een interactie aangaan omdat de aantrekkingskracht van hun zwaartekracht mogelijk een wereld uit zijn oorspronkelijk rechtopstaande positie tikt. Botsingen kunnen ook de obliquiteit van een planeet veranderen; wetenschappers vermoeden dat door het neerstorten van voorwerpen Venus en Uranus op hun assen zijn gedraaid.

Hoewel wetenschappers de helling van planeten in het zonnestelsel van de aarde kunnen berekenen, is het meten van de helling van andere werelden een uitdaging. Volgens Kopparapu kan het meten van het licht dat rechtstreeks van de planeet komt zijn obliquiteit onthullen. De instrumenten van vandaag hebben echter niet de nodige gevoeligheid om die metingen uit te voeren. Aankomende telescopen, zoals de European Extremely Large Telescope (E-ELT) en de Thirty Meter Telescope (TMT), zouden de scheefstand van exoplaneten kunnen onthullen, zei hij. De E-ELT, die momenteel in aanbouw is in de Atacama-woestijn in Chili, zou het eerste licht moeten zien in 2024. De bouw van de TMT op Hawaï is tot stilstand gekomen als gevolg van juridische uitdagingen.

Het verschuiven van de binnenrand van de bewoonbare zone lijkt misschien goed nieuws voor gekantelde M-dwergwerelden, omdat het betekent dat planeten met water verder verwijderd moeten zijn van gevaarlijke straling. Kopparapu zei echter dat de verhuizing waarschijnlijk te klein is om een ​​groot verschil te maken.

"Ik denk dat deze planeten niet zullen ontsnappen aan de schadelijke stralingseffecten, zelfs als de binnenrand enigszins weg beweegt," zei hij. De verschuiving zal niet voldoende zijn om de explosies van straling te compenseren.

"Wat de planeet nodig heeft - hoge of lage schuinte - is een soort beschermende schildlaag, zoals ozon voor onze aarde die UV-straling blokkeert," zei hij.

Een dikke atmosfeer zou helpen voorkomen dat veel van de straling de oppervlakte van de planeet zou bereiken, waardoor het leven een betere kans krijgt om te evolueren, voegde Kopparapu eraan toe. Omdat M-dwergen zoveel actiever zijn dan de zon en de bewoonbare zones zo dichtbij, hebben hun planeten een dikkere atmosfeer nodig dan die van de aarde.

"Het leven, als het op planeten rond M-dwergen bestaat, heeft veel dingen om je zorgen over te maken," zei Kopparapu.

Opmerking van de uitgever: Een vorige versie van dit artikel heeft ten onrechte verklaard dat een planeet met een schuine stand van 90 graden één van zijn palen permanent tegenover de bovenliggende ster zou hebben. In feite zou de ster op beide polen en de evenaar op verschillende tijdstippen schijnen tijdens zijn baan rond de ster.