Het is bekend dat alle sterren een levensduur hebben. Dit begint met hun vorming en gaat vervolgens door in hun Main Sequence-fase (die het grootste deel van hun leven uitmaakt) voordat ze in de dood eindigen. In de meeste gevallen zullen sterren tot honderden keren hun normale grootte opzwellen wanneer ze de fase van de hoofdreeks van hun leven verlaten, gedurende welke tijd ze waarschijnlijk planeten zullen consumeren die dicht bij hen in de buurt draaien.
Echter, voor planeten die op grotere afstand om de ster draaien (in wezen buiten de "Frost Line" van het systeem), kunnen de omstandigheden zelfs warm genoeg worden om het leven te ondersteunen. En volgens nieuw onderzoek dat afkomstig is van het Carl Sagan Instituut van de Cornell University, kan deze situatie miljarden jaren duren voor sommige sterrenstelsels, waardoor geheel nieuwe vormen van buitenaards leven ontstaan!
Over ongeveer 5,4 miljard jaar zal onze zon de fase van de hoofdsequentie verlaten. Nadat de waterstofbrandstof in zijn kern is uitgeput, zal de daar opgebouwde inerte heliumas instabiel worden en onder zijn eigen gewicht instorten. Dit zal ervoor zorgen dat de kern opwarmt en dichter wordt, wat er op zijn beurt voor zal zorgen dat de zon groter wordt en de zogenaamde Red Giant-Branch (RGB) -fase van zijn evolutie binnengaat.
Deze periode zal beginnen met het feit dat onze Zon een subgigant wordt, waarin ze in de loop van ongeveer een half miljard jaar langzaam zal verdubbelen. Vervolgens zal het de komende een half miljard jaar sneller groeien, tot het 200 keer zijn huidige omvang heeft en enkele duizenden keren meer licht geeft. Het zal dan officieel een rode gigantische ster zijn, die uiteindelijk zal uitgroeien tot het punt dat het verder reikt dan de baan van Mars.
Zoals we in een vorig artikel hebben onderzocht, zal planeet Aarde niet overleven dat onze zon een rode reus wordt - en Mercurius, Venus of Mars ook niet. Maar buiten de "Frost Line", waar het zo koud is dat vluchtige verbindingen - zoals water, ammoniak, methaan, kooldioxide en koolmonoxide - in bevroren toestand blijven, zullen de resterende gasreuzen, ijsreuzen en dwergplaneten overleven. . Niet alleen dat, maar er zal ook een enorme dooi optreden.
Kortom, wanneer de ster uitzet, zal zijn "bewoonbare zone" waarschijnlijk hetzelfde doen, waaronder de banen van Jupiter en Saturnus. Wanneer dit gebeurt, kunnen voorheen onbewoonbare plaatsen - zoals de manen van Jovian en Cronian - plotseling bewoonbaar worden. Hetzelfde geldt voor veel andere sterren in het heelal, die allemaal voorbestemd zijn om rode reuzen te worden aan het einde van hun levensduur.
Wanneer onze Zon echter de fase van de Rode Reuzentak bereikt, zal hij naar verwachting nog maar 120 miljoen jaar actief leven hebben. Dit is niet voldoende tijd om nieuwe levensvormen te laten ontstaan, evolueren en echt complex te maken (zoals mensen en andere soorten zoogdieren). Maar volgens een recent onderzoek dat verscheen in The Astrophysical Journal - getiteld "Habitable Zone of Post-Main Sequence Stars" - sommige planeten kunnen mogelijk veel langer bewoonbaar blijven rond andere rode gigantische sterren in ons heelal - tot wel 9 miljard jaar of meer in sommige gevallen!
Om dat in perspectief te plaatsen: negen miljard jaar is bijna tweemaal het huidige tijdperk van de aarde. Ervan uitgaande dat de werelden in kwestie ook de juiste mix van elementen hebben, zullen ze ruim de tijd hebben om nieuwe en complexe levensvormen op te wekken. De co-auteur van de studie, professor Lisa Kaltennegeris, is ook de directeur van het Carl Sagan Institute. Als zodanig is ze geen onbekende in het zoeken naar leven in andere delen van het universum. Zoals ze via e-mail aan Space Magazine uitlegde:
“We ontdekten dat planeten - afhankelijk van hoe groot hun zon is (hoe kleiner de ster, hoe langer de planeet bewoonbaar blijft) - tot wel 9 miljard jaar lang lekker warm kunnen blijven. Dat maakt een oude ster een interessante plek om het leven te zoeken. Het zou onder het oppervlak kunnen zijn begonnen (bijvoorbeeld in een bevroren oceaan) en wanneer het ijs smelt, kunnen de gassen die het leven in- en uitademt de atmosfeer in ontsnappen - waardoor astronomen ze kunnen oppikken als handtekeningen van het leven. Of voor de kleinste sterren, de tijd dat een voorheen bevroren planeet lekker warm kan zijn, is tot 9 miljard jaar. Zo zou het leven in die tijd mogelijk zelfs kunnen beginnen. '
Met behulp van bestaande modellen van sterren en hun evolutie - dat wil zeggen eendimensionaal stralingsconvectief klimaat en stellaire evolutionaire modellen - konden Kaltenegger en Ramirez voor hun studie de afstanden van de bewoonbare zones (HZ) rond een reeks post-hoofdreeksen berekenen (post-MS) sterren. Ramses M. Ramirez - een onderzoeksmedewerker bij het Carl Sagan Institute en de hoofdauteur van de paper - legde het onderzoeksproces via e-mail uit aan Space Magazine:
“We gebruikten stellaire evolutionaire modellen die ons vertellen hoe stellaire grootheden, voornamelijk de helderheid, straal en temperatuur, met de tijd veranderen naarmate de ster ouder wordt door de rode reuzenfase. We hebben ook een klimaatmodel gebruikt om vervolgens te berekenen hoeveel energie elke ster afgeeft aan de grenzen van de bewoonbare zone. Als we dit weten en de hierboven genoemde geweldige helderheid, kunnen we de afstanden tot deze bewoonbare zonegrenzen berekenen. ”
Tegelijkertijd overwogen ze hoe dit soort stellaire evolutie de atmosfeer van de planeten van de ster zou kunnen beïnvloeden. Als een ster uitzet, verliest hij massa en werpt deze naar buiten in de vorm van zonnewind. Voor planeten die dicht bij een ster cirkelen, of planeten met een lage zwaartekracht aan het oppervlak, kan het zijn dat sommige of al hun atmosferen worden weggeblazen. Aan de andere kant zouden planeten met voldoende massa (of op een veilige afstand) het grootste deel van hun atmosfeer kunnen behouden.
"De stellaire winden van dit massaverlies eroderen planetaire atmosferen, die we ook berekenen als een functie van tijd", zei Ramirez. “Als de ster massa verliest, behoudt het zonnestelsel het impulsmoment door naar buiten te bewegen. We houden dus ook rekening met hoe de banen met de tijd bewegen. ” Door modellen te gebruiken die de snelheid van stellair en atmosferisch verlies tijdens de fasen Red Giant Branch (RGB) en Asymptotic Giant Branch (AGB) van de ster omvatten, konden ze bepalen hoe dit zou uitpakken voor planeten die in grootte varieerden van super- Manen tot superaarde.
Wat ze ontdekten was dat een planeet eonen of langer in een post-HS HZ kan blijven, afhankelijk van hoe heet de ster is, en zoekend naar metalliteiten die vergelijkbaar zijn met die van onze zon. Zoals Ramirez uitlegde:
“Het belangrijkste resultaat is dat een planeet maximaal 200 miljoen jaar in deze rode gigantische bewoonbare zone van hete sterren kan blijven. Voor onze coolste ster (M1) is de maximale tijd die een planeet kan blijven in deze rode gigantische bewoonbare zone 9 miljard jaar. Die resultaten gaan uit van metaalniveaus die vergelijkbaar zijn met die van onze zon. Een ster met een hoger percentage metalen heeft meer tijd nodig om de niet-metalen (H, He..etc) te fuseren en deze maximumtijden kunnen dus nog wat langer worden, tot ongeveer een factor twee. '
In de context van ons zonnestelsel zou dit kunnen betekenen dat over een paar miljard jaar werelden als Europa en Enceladus (waarvan al wordt vermoed dat ze leven onder hun ijzige oppervlak hebben) een kans zouden kunnen krijgen om volwaardige bewoonbare werelden te worden. Zoals Ramirez mooi samenvat:
“Dit betekent dat de post-hoofdsequentie een andere potentieel interessante fase is van stellaire evolutie vanuit het oogpunt van bewoonbaarheid. Lang nadat het innerlijke systeem van planeten door de uitdijende, groeiende rode gigantische ster in zinderende woestenijen is veranderd, zouden er mogelijkerwijs bewoonbare verblijfplaatsen verder van de chaos kunnen zijn. Als het bevroren werelden zijn, zoals Europa, zou het ijs smelten, wat mogelijk een reeds bestaand leven zou onthullen. Een dergelijk reeds bestaand leven kan worden gedetecteerd door toekomstige missies / telescopen die op zoek zijn naar atmosferische biosignaturen.”
Maar misschien wel de meest opwindende take-away van hun onderzoek was hun conclusie dat planeten die in een baan rond de MS-bewoonbare zones van hun ster cirkelen, dit zouden doen op afstanden waardoor ze detecteerbaar zouden zijn met behulp van directe beeldvormingstechnieken. Dus niet alleen is de kans om het leven rond oudere sterren te vinden beter dan eerder werd gedacht, we zouden er geen moeite mee moeten hebben om ze te spotten met behulp van de huidige exoplanet-jachttechnieken!
Het is ook vermeldenswaard dat Kaltenegger en Dr. Ramirez een tweede paper hebben ingediend voor publicatie, waarin ze een lijst van 23 rode reuzensterren binnen 100 lichtjaar van de aarde geven. Wetende dat deze sterren, die zich allemaal in onze stellaire buurt bevinden, levensondersteunende werelden zouden kunnen hebben binnen hun bewoonbare zones, zouden de komende jaren extra kansen moeten bieden aan planeetjagers.
En zorg ervoor dat je deze video van Cornellcast bekijkt, waar prof.Kaltenegger vertelt wat haar wetenschappelijke nieuwsgierigheid inspireert en hoe Cornell's wetenschappers werken om bewijs te vinden van buitenaards leven.
