Stervende sterren kunnen bevroren werelden veranderen in Havens for Life

Wanneer de meeste sterren de ouderdom bereiken en brandstof beginnen op te raken, zwellen ze op tot honderden keren hun normale grootte, omvliegende planeten die te dicht bij elkaar cirkelen. Maar kunnen planeten die aan deze vurige dood ontsnappen nog steeds het leven ondersteunen? Kunnen in deze staat planeten rond de ster van de ster overleven? Nieuw onderzoek zegt ja.

In ongeveer 7,5 miljard jaar zal de zon zijn mars naar het graf zijn begonnen en zich gaan uitbreiden. Uiteindelijk zal het zwellen tot ongeveer 200 keer zijn huidige grootte. Het zal Mercurius en Venus inslikken en de aarde onbewoonbaar maken. Maar op dit moment kunnen ijskoude locaties in het zonnestelsel, zoals de ijzige manen van Saturnus en Jupiter, precies de juiste temperatuur voor het leven worden.

Veel sterren in het universum worden rode reuzen en sommige kunnen miljarden jaren zo blijven. Het nieuwe werk biedt een diepgaand inzicht in hoe lang planeten bewoonbaar kunnen blijven rond rode reuzensterren - in sommige gevallen tot 9 miljard jaar, wat twee keer de huidige leeftijd van de aarde is. Dat is voldoende lang voor het leven vanuit het niets, of om te bloeien in een nieuwere, meer gastvrije omgeving. Het kan ook een reddingsboot voor de mensheid zijn. [Video: De aarde zal worden geconsumeerd door een rode reuzenster]

Gek heet

De aarde bevindt zich momenteel in de "bewoonbare zone" van de zon - de afstand waarop de planeet warm genoeg is om vloeibaar water op het oppervlak te hebben, maar niet zo heet dat het water verdampt. (Vloeibaar water is een vereiste voor al het leven op aarde, hoewel het universum zeer goed uitzonderingen hierop kan dienen). Deze "juiste" plek rond een ster wordt ook wel de "Goudlokjeszone" genoemd.

De bewoonbare zone wordt bepaald door de helderheid van een ster - hoeveel totaal licht deze in de loop van de tijd uitstraalt. Wanneer de meeste "normale" sterren geen waterstofbrandstof meer hebben, beginnen ze in plaats daarvan helium te verbranden. Helium is een krachtiger brandstof en stimuleert de energie-output van de ster in zijn kern. Als gevolg hiervan zwelt de ster op als brood in een oven en wordt een "rode reus".

De helderheid van een ster, of de totale hoeveelheid licht die het in een bepaalde tijd uitzendt, is grotendeels verantwoordelijk voor het bepalen van de bewoonbare zone. Als een ster opzwelt in een rode reus, neemt de helderheid toe. De helderheid van de zon zal toenemen met meer dan 4.000 keer wanneer het een rode reus wordt, laat het nieuwe onderzoek zien.

"De aarde [zal worden] een zinderende woestenij.De zon [zal] bijna in de baan van de aarde zijn.Het wordt gek heet", vertelde Lisa Kaltenegger, universitair hoofddocent astronomie en directeur van het Carl Sagan Institute aan ProfoundSpace.org . Kaltenegger is co-auteur van het nieuwe onderzoek, dat vandaag (16 mei) in het Astrophysical Journal verschijnt.

Maar andere plaatsen in het zonnestelsel zullen landen in een minder extreme temperatuurzone. De bewoonbare zone van de zon verschuift naar buiten om de banen van Jupiter en Saturnus te omvatten, volgens het nieuwe onderzoek.

Onder de dikke ijzige lagen op het oppervlak van de maan van Saturnus Enceladus en Jupiter's maan Europa, denken wetenschappers dat het mogelijk is dat het leven zou kunnen bestaan ​​in wateroceanen met vloeibaar water. De ontdekking van microbieel leven dat leeft in extreme omgevingen op aarde, zoals onder ijslagen op Antarctica, heeft deze hypothese gestimuleerd.

Het nieuwe onderzoek suggereert dat wanneer de zon een rode reus wordt, het leven op Europa en Enceladus kan ontdooien en een kans heeft om te gedijen op een planeet die in de bewoonbare zone zou liggen, zei Kaltenegger.

Voor een ster zoals onze zon kan een planeet mogelijk een half miljoen jaar in de nieuwe bewoonbare zone zitten. Hoewel dat misschien niet genoeg tijd is op een verre planeet, zou dat genoeg tijd kunnen zijn voor het leven begraven onder het ijs en naar evolueren tot iets detecteerbaar door telescopen op aarde, zei Kaltenegger.

Rond de meest massieve sterren beschouwd in het nieuwe werk (die in de categorie "A5", die sterren omvat die massiever zijn dan de zon, maar niet de meest massieve sterren in het universum), zou een planeet mogelijk in de "nieuwe" bewoonbare ruimte kunnen zijn zone voor maximaal 200 miljoen jaar. Grote sterren branden snel en helder, maar kleine sterren kunnen veel langer smeulen in de rode reuzenfase. Het nieuwe werk laat zien dat voor kleine sterren een planeet tot 9 miljard jaar in de rode, gigantische, bewoonbare zone zou kunnen zitten. Als het leven in minder dan 4 miljard jaar op aarde kan evolueren, waarom dan niet op een planeet rond een rode reus?

Kaltenegger zei dat zij en haar co-auteur op het papier, Ramses M. Ramirez, een onderzoeksmedewerker bij het Carl Sagan Instituut, een tweede publicatie hebben ingediend voor publicatie, waarin ze een lijst van 23 rode reuzensterren binnen 100 lichtjaar leveren van de Aarde - potentiële doelen voor planeetjagers.

"Ik hoop dat dit ook daadwerkelijk een inspanning zal zijn van mensen die op zoek zijn naar planeten, om nu ook naar deze oude sterren te kijken," zei ze. "Want als je handtekeningen van het leven zou kunnen vinden op zo'n geëvolueerde planeet - een bevroren planeet - zou dat je vertellen dat (het leven) onder de grond zou kunnen beginnen, en dat zou een geweldig deel van het verhaal zijn."

Als je verder vooruit kijkt, kan het betekenen dat mensen kunnen ontsnappen naar de manen van Saturnus of Jupiter wanneer de aarde onbewoonbaar wordt, zei ze.

"Mensen blijven zeggen: 'Wanneer onze zon een grote hete ster wordt, moeten we naar Mars of andere plaatsen verhuizen.' Maar echt voor de eerste keer hebben we berekend waar die plaats is en wanneer, "zei ze. "Als je planet-hoppen wilt, wil je weten wanneer je waar wilt zijn, en dat is eigenlijk wat we hebben uitgedokterd."

De duivel is in de details

Om te bepalen waar de bewoonbare zone van een ster zich zal bewegen om te worden zoals de ster evolueert naar een rode reus, gebruikten Kaltenegger en Ramirez modellen van sterren en hun evolutie die al bestaan. Dit maakte het mogelijk om de helderheid van een ster te berekenen, evenals de temperatuur, die ook van invloed is op de locatie van de bewoonbare zone.

Planeten die in de bewoonbare zone leven, zijn niet noodzakelijkerwijs bewoonbaar voor het leven zoals we het kennen. Mars is een goed voorbeeld. Venus ligt net buiten de bewoonbare zone van de zon, maar de ultradikte atmosfeer houdt warmte vast aan het oppervlak en zou de planeet waarschijnlijk onbewoonbaar maken, zelfs binnen de bewoonbare zone. Toch is het zoeken naar planeten in de bewoonbare zone een goed vertrekpunt in de zoektocht naar het leven.

Kaltenegger en Ramirez wisten dat er één variabele in deze hele berekening zat die de rest van het onderzoek in de war kon brengen - als de ster, die zich uitbreidt naar een rode reus, alle nabijgelegen planeten van hun atmosfeer afstript.

"Dit is een van de dingen die we niet wisten," zei Kaltenegger. Ze zei in het bijzonder dat het nieuwe werk de eerste keer is dat iemand heeft laten zien of rotsachtige planeten die iets minder massief zijn dan de aarde en die lichtere, meer massieve dan de aarde, hun atmosferen kunnen vasthouden terwijl hun moederster evolueert naar een rode reus .

Sterren verliezen massa wanneer ze rode reuzen worden en die massa wordt naar buiten gestraald, als onderdeel van de zogenaamde sterrenwind. Het nieuwe werk laat zien dat sommige planeten hun atmosferen zullen verliezen tijdens de evolutie - die zich heel dicht bij de ster bevinden, en die met lage zwaartekracht (de zwaartekracht van een planeet helpt het "vast te houden" aan zijn atmosfeer). Maar planeten met voldoende massa, op een veilige afstand geplaatst, kunnen het grootste deel van hun atmosfeer behouden, zei Kaltenegger.

Er waren andere complicerende factoren waar rekening mee moest worden gehouden, zoals het feit dat als de ster massa verliest, de zwaartekracht op de planeten wordt verminderd. Dientengevolge zal de baan van een planeet rond een ster zich uitbreiden naarmate de ster een rode reus wordt. (Om deze reden zal volgens Kaltenegger de aarde ontsnappen door de zon worden overspoeld).

Onderzoekers hebben eerder gewerkt aan de vraag naar bewoonbaarheid rondom oude sterren, maar Kaltnenegger zei dat er nooit werk is gedaan met behulp van modellen die details kunnen onthullen over hoe zowel de ster als de planeten samen zullen evolueren door een dergelijke drastische verandering in het systeem.

"Dit is de eerste keer dat we het model van de ster verbinden met het model van de planeet en kijken wat het doet," zei ze. "De duivel zit echt in de details, de eerste steken erop waren geweldig werk, omdat het idee begon, maar het is veel werk om te doen, en [Ramirez] is echt gaan hurken en deed het."