Twee zonnen zouden de kansen van 'exomoons' kunnen vergroten

Manen in nabije binaire zonnestelsels hebben een betere kans om het leven te hosten dan die in systemen met één ster, heeft nieuw onderzoek aangetoond.

Binaire sterren dempen elkaars zonnestraling en hemelwinden, waardoor een meer gastvrije omgeving voor het leven wordt gecreëerd en de bewoonbare zone rond dergelijke zonnestelsels wordt vergroot, volgens onderzoek gepresenteerd op de 223rd American Astronomical Society bijeenkomst in januari.

"De twee sterren kalmeren elkaar in termen van activiteit," zei Paul Mason, een astrofysicus aan de Universiteit van Texas in El Paso in een interview met Astrobiology Magazine. [13 manieren om intelligent buitenaards leven te jagen]

Mason presenteerde de resultaten van een onderzoek, waarbij gegevens werden gebruikt die werden verzameld door NASA's ruimtevaartmissie Kepler om potentieel bewoonbare exoplaneten in onze regio van de Melkweg te ontdekken.

De bewoonbare zone strekken

Hoewel er buiten het zonnestelsel meer dan duizend planeten zijn gevonden, evenals een groot aantal kandidaten die op follow-upobservaties wachten, zijn er nog geen manen bevestigd. Wetenschappers zoals Mason voeren theoretische berekeningen uit om te bepalen welke zonnesystemen mogelijk beter zijn voor het hosten van potentieel bewoonbare manen.

Gewelddadige en actieve jonge sterren draaien snel en stralen straling en hemelwinden uit die de bewoonbaarheid van planeten en manen in de omgeving kunnen verstoren. Een dicht binair systeem van sterren kan helpen om deze effecten te dempen, omdat de twee sterren hun spins synchroniseren.

Binaire sterren bestaan ​​in een reeks configuraties. Sommige zijn op grote schaal van elkaar gescheiden, zodat een planeet in een baan om een ​​heen veel weg heeft van een planeet rond een enkele zon, terwijl de metgezel zo ver weg ligt dat hij lijkt op een punt als een andere ster. Anderen kunnen heel dicht bij elkaar zijn, samen synchroon lopen om elkaar voor miljarden jaren snel te laten ronddraaien.

Mason's onderzoek richt zich op paren van sterren die tussen 10 en 60 aardse dagen in een baan om elkaar draaien, met een planeet in een baan rond beide zonnen. Deze staan ​​bekend als circumbinary systems. De gepaarde sterren oefenen getijdenkrachten op elkaar uit die een vertraging van de spin veroorzaken, waardoor de straling en de sterrenwind van het paar sneller verzwakken dan dat ze zouden lijden als enkele sterren. Snel bewegende sterrenwinden kunnen een maan of planeet van zijn atmosfeer ontdoen, waardoor het open staat voor zwaar stralingsbombardement dat de ontwikkeling van het leven kan verstoren.

Tegelijkertijd duwt het gecombineerde licht van het duo de rand van het gebied waar water kan bestaan, gewoonlijk de "bewoonbare zone" genoemd, verder terug dan dat het rond een enkele ster zou liggen. Het verplaatsen van de hele zone op grotere afstand van de zon vermindert de negatieve effecten van de sterren verder. [De vreemdste buitenaardse planeten ooit (galerij)]

"De bewoonbare zone in een binair systeem is een beetje verder weg, eenvoudig omdat je het licht van twee sterren hebt in plaats van het licht van een," zei Mason.

Deze afstand is belangrijk omdat, als een planeet te dicht bij zijn hoofdster draait, de maan volledig kan worden weggenomen.

"Hoe dichter een planeet bij de ster staat, des te kleiner de invloedssfeer van de zwaartekracht," zei David Kipping en astronoom van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in een interview met Astrobiology Magazine.

"In wezen zal de ster de maan afscheuren als hij te dichtbij komt," zei hij.

Kipping, die niet betrokken was bij het onderzoek, zoekt naar exomoons en is de hoofdonderzoeker van het project The Hunt for Exomoons with Kepler.

Het duwen van exomoons verder weg heeft ook vertakkingen voor rode dwergen, het meest bevolkte stellaire type in de melkweg. De bewoonbare zone rond deze kleinere, langlevende sterren ligt zo dicht bij zijn moederster dat stellaire activiteit ervoor zorgde dat veel astronomen denken dat bewoonbare planeten om hen heen waarschijnlijk niet eens zouden bestaan, hoewel recent onderzoek het potentieel heeft vergroot. In een binair systeem zou de teruggedrongen bewoonbare zone veel van de negatieve effecten verminderen die de bewoonbaarheid rondom de overvloedige sterren beperken.

Volgens Mason zou de samenstelling van het zonnestelsel aanzienlijk veranderen als de zon een metgezel had. Het water dat ontdaan is van de atmosfeer van Venus is waarschijnlijk nog steeds aanwezig, waardoor het potentieel bewoonbaar is. De aarde zelf had een heel andere omgeving kunnen zijn.

'De aarde zou een nattere planeet zijn als we een dubbelster zouden vormen,' zei Mason.

Tweelingzonnen

Als het gaat om potentieel bewoonbare exomoons, zijn zonachtige sterren altijd beter.

"De ideale omstandigheid is een solaire tweeling," zei Mason.

Door simpelweg een zonachtige ster aan de mix toe te voegen, wordt de kans op leven vergroot.

"Sterren van het zonnetype met metgezellen werken heel goed," zei Mason. "Ze werken beter dan onze eigen ster van het zonnetype zonder een metgezel."

Toch is het, in een circumbinair systeem, niet het soort ster dat ertoe doet, bijna net zoveel als hoe vaak ze om elkaar heen draaien. Zolang het paar sterren rond één keer in de 10 tot 60 aardse dagen ronddansen, vergroten ze de kansen op bewoonbaarheid van hun manen en planeten. (De uitzondering zijn gigantische gigantische sterren, die hun brandstof verbranden en snel sterven, waardoor het leven weinig tot geen kans krijgt om te evolueren.)

Toch, als tenminste één van de twee sterren in een binair systeem op de zon lijkt, biedt het een zeer brede bewoonbare zone met veel ruimte voor water, een situatie waarvan Mason zegt dat hij er het meest enthousiast over is.

Een ruimere bewoonbare zone betekent een betere kans om planeten te ontvangen die in staat zijn om het leven te ondersteunen, evenals exomoons die het kunnen ondersteunen.

"Er is veel ruimte voor verschillende bewoonbare planeten," zei Mason. "Dit kunnen plekken zijn waar veel werelden in het systeem bewoonbaar kunnen zijn."

Helaas maken systemen met meerdere planeten het vinden van exomoons op dit moment uitdagender.

De jacht op exomoons

Astronomen jagen op verre manen in wezen op dezelfde manier waarop ze jagen naar verre planeten. Ze kunnen uitkijken naar de planeet en de maan om te kruisen tussen hun zon en de aarde. Als een enkele planeet kruist, veroorzaakt dit een daling van de helderheid; als een maan voorafgaat of volgt, wordt die dip voorafgegaan of gevolgd door een kleinere dip, omdat alleen de maan het stellaire licht blokkeert.

Ze kunnen ook naar een planeet kijken voor een kleine wiebelen, terwijl de maan door de zwaartekracht zijn gastheer steeds iets lichter trekt. Een maan kan ook lichtjes veranderen hoe snel een planeet om zijn zon draait.

In een multi-planeetsysteem kunnen echter ook andere planeten de schommelingen en snelheidsveranderingen veroorzaken, waardoor ze "een beetje pijnlijk zijn voor het zoeken naar exomoons", aldus Kipping.

Kipping en zijn team hebben de lijst van bijna 5000 planetaire kandidaten die door NASA's Kepler-ruimtevaartuig werden gedetecteerd, teruggebracht tot ongeveer 250 lichamen die als de beste doelen worden beschouwd voor het hosten van een exomoon.

Oorspronkelijk hoopte hij zich te richten op Jupitervormige en grotere planeten. In het zonnestelsel beschouwden de enige manen potentieel bewoonbare baangasreuzen. Aardse manen kunnen buiten de bewoonbare zone van een ster liggen, maar bevatten nog steeds vloeibaar water als gevolg van getijdenverwarming van hun planeet. Dergelijke manen zouden minimaal worden beïnvloed door hun baan rond een dubbelstersysteem in plaats van een enkele ster.

Maar het mocht niet zo zijn.

"Een van de meest verbluffende ontdekkingen van Kepler is dat Jupiter-achtige planeten zeldzaam zijn," zei Kipping. "Dit is een beetje een schande voor de exomoonjacht, want dat zijn de planeten die het gemakkelijkst te vinden zijn om een ​​maan rond te vinden."

In plaats daarvan hebben Kipping en zijn team zich tot de iets minder massieve sub-Neptunes gewend, die in het gezichtsveld van Kepler in overvloed aanwezig zijn.

Hoewel manen rond planeten op aarde niet altijd op zichzelf kunnen worden bewoond, kunnen ze een enorme impact hebben op hun moederlichaam. Geboren tijdens een botsing vroeg in het leven van het zonnestelsel, is de maan van de Aarde veel groter in vergelijking met zijn planeet dan andere manen in het zonnestelsel. De botsing kan het vulkanisme en plaattektoniek op de vroege aarde hebben veroorzaakt, terwijl de maan de helling van de planeet stabiliseert en de getijden beheert. Biologen beschouwen alle vier acties belangrijk voor de evolutie van het leven.

"Er zijn veel heilzame eigenschappen bij het hebben van een grote maan in de buurt," zei Kipping. "Als we Earth 2.0 vinden, is een van de eerste dingen die we zullen vragen of het een Moon 2.0 heeft."

Omdat onze maan uniek is in het zonnestelsel, begrijpen wetenschappers nog niet of de formatie was wat Kipping 'een gekke gebeurtenis' noemde of iets dat heel gewoon is. Het detecteren van verschillende soorten manen in verschillende banen zal wetenschappers helpen te bepalen hoe uniek het zonnestelsel en het aardemaan-systeem zijn.

Zoals wetenschappers Kepler hebben gebruikt om op exoplaneten te jagen, hebben ze veel geleerd over de variëteit van planetaire systemen in de Melkweg. Volgens Kipping werd circumbinary systems ooit beschouwd als "het meer exotische type" van binaire systemen. Maar Kepler onthulde verschillende gevallen, waarbij ze aantoonden dat ze tamelijk gewoon waren.

Hoewel het missie doel het is om planeten te detecteren, is Kepler een belangrijk hulpmiddel als het gaat om het zoeken naar manen buiten het zonnestelsel.

"Kepler is echt het ideale instrument voor het detecteren van exomoons," zei Kipping.

Hij wees erop dat NASA's aankomende James Webb Space Telescope, die in oktober 2018 wordt gelanceerd, ideaal zal zijn voor follow-upobservaties, maar dat het te hoog gegrepen wordt door de astronomische gemeenschap om jarenlang naar een luchtruim te staren. uiteindelijk zoals Kepler deed. Als Kepler's tweede run, K2, wordt gefinancierd, zal het naar een ander deel van de hemel staren dan de oorspronkelijke Kepler-missie en zal het meer inzicht geven in de planeetpopulaties.

Hoewel hij zijn opwinding uitdrukte over de ontdekkingen van de exoplaneten die van beide aankomende missies zullen komen, zei hij: "Mijn gevoel is dat Kepler waarschijnlijk nog steeds de beste bron is om exomoons te ontdekken."

Over hoe lang het zou kunnen duren voordat de eerste exomoon bevestigd is rond een verre planeet, zei Kipping dat het afhangt van hoe gewone grotere manen zijn.

"Als de natuur grote manen - maïspotten op aardformaat - heel vaak in de kosmos bouwt, dan zijn ze in de Kepler-gegevens," zei hij. "Ze zijn daar op de loer, en we zullen ze vinden in de komende twee jaar."

Als de meeste manen echter klein zijn, zoals die in een baan rond Neptunus en Uranus, worden ze misschien nooit gezien.

Als er manen groot genoeg zijn om ontdekt te worden, heeft Mason er vertrouwen in dat de meest bewoonbare ervan gevonden kan worden in circumbinaire systemen.

"Exomoons in binaire systemen zijn mogelijk meer bewoonbaar dan rond enkele sterren", zei hij tijdens zijn presentatie op de AAS-bijeenkomst. "Misschien minder gebruikelijk, maar potentieel meer bewoonbaar."