Afbeelding tegoed: John Rowe
De zoektocht naar aardachtige planeten begint met de zoektocht naar zonneachtige sterren. Astronoom Maggie Turnbull werd gevraagd om een korte lijst te maken van dertig kandidaat-sterren die nauw overeenkwamen met onze eigen zon uit een totale lijst van 2.350 sterren die binnen honderd lichtjaren van ons verwijderd zijn. Deze korte lijst, inclusief 37 Gem, zal worden gebruikt door de Terrestrial Planet Finder-missie, die op zoek gaat naar bewoonbare planeten door te zoeken naar het zichtbare licht van zuurstof of water in een aardachtige planeet - een zeker teken van leven.
De zevenendertigste meest westelijke ster in het sterrenbeeld, Tweelingen, is een geeloranje ster zoals onze eigen zon. De ster heet 37 Geminorum, maar voor astrofysicus Margaret Turnbull is de ster speciaal omdat hij een casestudy biedt om na te gaan wat een goede kandidaat zou kunnen zijn voor het herbergen van bewoonbare planeten.
Bij het samenstellen van haar lijst met sterren die planeten zouden kunnen ondersteunen met vloeibaar water en zuurstof, moet ze zonnen uitsluiten die extreem zijn: ofwel te jong of te oud, die te snel roteren, of die variabel genoeg zijn in helderheid om klimaatchaos te veroorzaken op elke nabijgelegen wereld.
Op een afstand van 56,3 lichtjaar verwijderd moet de ster 37 Gem nog tekenen vertonen van het hebben van dergelijke planeten, of welke planeten dan ook - maar toekomstige NASA- en Europese telescopen zijn op zoek naar sterren, net als 37 Gem, omdat ze mogelijk delen enkele van dezelfde eigenschappen die ons eigen zonnestelsel bewoonbaar maakten. Tot nu toe zijn meer dan 100 extrasolaire planeten gevonden met behulp van telescopen op de grond, en schattingen voor het totaal van dergelijke planeten in onze melkweg kunnen in de miljarden kandidaat-werelden bedragen.
Maggie Turnbull, werkzaam aan de Universiteit van Arizona in Tucson, werd gevraagd om een korte lijst te maken van dertig sterrenkandidaten die het meest leken op andere zonnen die in staat waren om de levensomstandigheden te ondersteunen. Haar zoektocht naar sterren op minder dan honderd lichtjaar afstand leverde ongeveer 2.350 sterren op om verder te overwegen.
Turnbull presenteerde onlangs haar resultaten aan een groep wetenschappers van NASA's ruimtetelescoopproject, de Terrestrial Planet Finder (TPF), die naar bewoonbare planeten zal zoeken door zichtbaar licht te gebruiken met de "handtekening" van water en / of zuurstof van een aarde- type planeet. Na de geplande lancering van TPF rond 2013 volgt het Europese Darwin-project met zes ruimtetelescopen.
De stellaire lijst werd teruggebracht tot een nog grotere lijst (17.129 sterren binnen 450 lichtjaar of 140 parsecs), die Turnbull en adviseur Jill Tarter van het SETI Institute voor het eerst publiceerden in Astrophysical Journal. De lijst werd bekend als de catalogus van nabijgelegen bewoonbare stelsystemen (of HabCat). Hun artikel, gepubliceerd in augustus, getiteld "Doelselectie voor SETI: I. Een catalogus van naburige bewoonbare stellaire systemen", breidde eerdere kandidatenlijsten uit met bijna een factor tien of een orde van grootte.
Om een complex leven te ondersteunen, moet een kandidaat-ster de juiste kleur, helderheid en leeftijd hebben. Als het een ster van middelbare leeftijd is zoals de onze, zal hij door voldoende fuseerbare lichtelementen zijn gebrand om zwaardere metalen zoals ijzer te produceren, maar niet zo oud dat hij instort of zo jong is dat het leven slechts een verre toekomstperspectief is. Op basis van de fragmenten die we weten over hoe complex leven op aarde is verschenen, is Turnbull's zoektocht gericht op het vinden van de ‘Goldilocks’ van sterren die ‘precies goed’ lijkt.
Dus waarom 37 Gem?
37 Geminorum ligt in het noordwestelijke deel van sterrenbeeld Tweelingen, genoemd naar de Tweeling. Voor amateurastronomen met een goede achtertelescoop is 37 Gem zichtbaar. In de Griekse mythologie zeilden de Tweeling-tweeling met Jason in de zoektocht naar het Gulden Vlies; tijdens een storm hielpen de tweelingen hun schip ARGO te redden van het zinken, en dus werd het sterrenbeeld zeer gewaardeerd door zeilers.
De meeste sterren zoals Gem 37 zijn gegroepeerd in een klein aantal spectraalklassen, ongeveer gebaseerd op de kleur van het licht dat ze uitstralen. Het sterrencompendium, de Henry Draper-catalogus genoemd, somt spectrale klassen op in zeven brede categorieën, van de heetste tot de coolste sterren. Deze typen worden, in volgorde van afnemende temperatuur, aangeduid met de letters O, B, A, F, G, K en M. De nomenclatuur is geworteld in lang verouderde ideeën over stellaire evolutie, maar de terminologie blijft. Onze zon, die op een fijnere schaal is geclassificeerd als een typische 'G2V'-dwerg, is ongeveer 4,5 miljard jaar oud. De kandidaat-ster, 37 Gem, is eveneens van middelbare leeftijd, maar met een miljard jaar iets ouder, namelijk 5,5 miljard jaar.
De spectra van G-type sterren zoals die van ons (en 37 edelstenen) worden gedomineerd door bepaalde chemische elementen, zoals aangegeven door hun karakteristieke spectraallijnen (of emissies). De elementen die het meest in de belangstelling staan, zijn metalen, vooral voor die stersignaturen die rijk zijn aan ijzer, calcium, natrium, magnesium en titanium. In astronomische termen heeft 37 Gem, vergeleken met de classificatie van onze zon als een typische G2V-dwerg, een iets hogere oppervlaktetemperatuur. Dus de belangrijkste keuze van Turnbull - 37 Gem - wordt gecatalogiseerd als een G0V-dwerg, wat betekent dat het ook een geeloranje dwergster in de hoofdreeks is. Omdat G-sterren worden gekenmerkt door de aanwezigheid van deze metalen lijnen en een zwakke waterstofspectra, delen ze een gemeenschappelijke leeftijd, massa en helderheid.
Anders is 37 Gem dicht bij onze eigen zonnetweeling of een Gemini-achtige tegenhanger van de zon: 1,1 keer de massa van onze zon, 1,03 keer de diameter en 1,25 keer de helderheid.
Lichtsterkte is "misschien wel de belangrijkste informatie", vertelde Turnbull aan Astrobiology Magazine, "we gebruiken voor het bepalen van de bewoonbaarheid van nabije sterren" voor complex leven, omdat lichtsterkte aangeeft in welke levensfase de ster zich bevindt, en dat bepaalt op zijn beurt hoe lang de ster blijft stabiel.
Astrobiology Magazine had de gelegenheid om met Maggie Turnbull in het Steward Observatory in Tucson te praten over het selecteren van stellaire kandidaten voor bewoonbaarheid.
Astrobiology Magazine (AM): Uw recente enquête begon te kijken naar ongeveer 100 lichtjaar ver van onze zon, en alle sterren naar binnen vanuit die straal, correct? Was dat de visuele sfeer om de zoektocht te starten?
Margaret Turnbull (MT): Er zijn ongeveer 2.350 Hipparcos-sterren binnen 30 parsecs (90 licht
jaar), de maximale afstand voor de Terrestrial Planet Finder (TPF) -missie. Er zijn ongeveer 5.000 sterren binnen die afstand, maar we kijken alleen naar Hipparcos-sterren, dus mijn startlijst is 2.350 sterren lang.
Ben: Heb je ooit een telescoop in de achtertuin in handen gekregen om 37 Gem te zien?
MT: Het zou zeker zichtbaar moeten zijn met een telescoop in de achtertuin, maar nee, ik heb er niet met mijn eigen ogen naar gekeken! Door de fotometrie (meten van de helderheid) en spectroscopie (meten van de samenstelling) die ik heb bekeken, heb ik het gevoel dat ik het "ken" zonder het ooit te hebben gezien.
Er is echter meer waar te nemen voor 37 Gem. We moeten bijvoorbeeld infraroodbeelden met hoge resolutie van deze ster uitvoeren voordat we kunnen zeggen dat het een doelwit moet zijn - als we ontdekken dat er veel vuil ronddrijft, moeten we het van de lijst verwijderen.
Ben: Was de ster, 37 Gem, heel anders dan nummer twee op de lijst van de dertig beste kandidaten?
MT: Eigenlijk lijken de "beste" sterren erg op elkaar, en in werkelijkheid heeft het weinig zin om ze te rangschikken. 37 Edelsteen is een van de dichtstbijzijnde sterren die ook aan de technische criteria voldoet, dus op dit moment lijkt het een zeer goede kandidaat voor de TPF-zoektocht.
Ben: Gewoon uit nieuwsgierigheid, welke ster was officieel nummer twee op de lijst?
MT: Als je alleen naar dertig sterren gaat kijken, kunnen ze allemaal 'nummer één' zijn. Dat wil zeggen dat elke ster die we waarnemen van primair belang moet zijn voor de missie, omdat we geen tijd te verliezen hebben. We zijn nog bezig met het nauwkeurig definiëren van het primaire missiedoel.
Als het doel is om te kijken naar het bereik van spectrale typen, dan kunnen de bovenste sterren zeer nabije K- of M-sterren bevatten, maar als het doel is om naar 30 van de meest zonachtige sterren te kijken, dan zijn sterren zoals 18 Sco (een zonnestraal twin op 14 parsecs in de Constellation Scorpius), bèta CVn (de "hond") of 51 Peg ("Pegasus", het vliegende paard) kunnen onze beste weddenschappen worden.
Ben: Zijn er een of twee stukjes ontbrekende gegevens die de classificatie zouden kunnen verbeteren voor sterrenkandidaten?
MT: Op dit moment is infraroodbeeldvorming met hoge resolutie het ontbrekende stuk gegevens dat we zeker nodig hebben. We moeten weten of deze sterren stoffige puinschijven hebben die het moeilijk zouden maken om planeten daar te detecteren.
De zon heeft een aanzienlijke hoeveelheid zodiakaal stof omdat Jupiter constant de asteroïdengordel opwekt en terwijl de asteroïden botsen, voegen ze stof toe aan het zonnestelsel.
Een vergelijkbaar stofniveau rond andere sterren zal onze kansen op het zien van planeten misschien niet verpesten, maar we willen dat zeker tot een minimum beperken.
Ben: Wat zijn je toekomstige plannen voor de sterrenlijst ter ondersteuning van de Terrestrial Planet Finder- en Darwin-missies?
MT: Ik heb mijn 'definitieve' lijst nog niet gepresenteerd aan de TPF-wetenschappelijke werkgroep op 18 en 19 november in het US Naval Observatory, tijdens een ontmoeting met anderen die hun eigen lijsten maken.
Ik heb mijn methodologie al aan de groep gepresenteerd, maar nu zullen we ingenieurs ontmoeten die ons de beperkingen van het instrument zullen uitleggen en we zullen de lijst verder moeten verfijnen om aan hun criteria te voldoen.
Hun criteria omvatten zaken als: kunnen geen metgezelster hebben binnen enkele boogseconden, zelfs als de metgezel zich geen zorgen maakt over de stabiliteit van de planeet, omdat het extra licht het gezichtsveld zal vervuilen; kan niet vager kijken naar sterren dan ongeveer de zesde magnitude; kan alleen het hele jaar door naar sterren kijken die minstens ~ 60 graden van de zon verwijderd zijn, enz.
Ben: Je publiceerde je eerste catalogus van bewoonbare sterren in augustus van dit jaar, en er is een deel twee aan die classificatie. Wat zijn de belangrijkste plannen voor deel II van de HabCat?
MT: Jill Tarter en ik hebben onlangs een tweede paper ingediend over de SETI-doellijst die in december zal verschijnen in de Astrophysical Journal Supplements. Dit artikel geeft een lijst van oude open clusters met een hoge metalliciteit, de dichtstbijzijnde 100 sterren ongeacht het stellaire type en ongeveer 250.000 hoofdreekssterren uit de Tycho-catalogus, die allemaal worden waargenomen door de Allen Telescope Array (ATA) wanneer een HabCat ster is niet beschikbaar voor ons om te observeren.
De primaire ATA-straal zal worden gericht door radioastronomen, en ze zullen kaarten met een zeer hoge resolutie maken van hun eigen doelen, terwijl we tegelijkertijd SETC-sterren (of sterren uit onze lijsten in Paper 2) zullen observeren.
Ben: Ten slotte, plannen de missies, Kepler en TPF, de soorten verbeteringen die een detectie van meer aardse planeten zouden opleveren, niet alleen gasreuzen, voor een bepaalde ster in hun onderzoeken?
MT: Ja. Kepler zal ons een indicatie geven van hoe vaak terrestrische planeten zijn door duizenden zonachtige sterren te kijken naar 'doorgangen' - gebeurtenissen waarbij de planeet daadwerkelijk voor de ster passeert en in een baan draait en tijdelijk een klein deel van het licht van de ster blokkeert.
Terrestrial Planet Finder zal hierop reageren door daadwerkelijk planeten af te beelden die in een baan om de dichtstbijzijnde sterren draaien, en ons te vertellen of deze planeten atmosferen hebben door spectra te nemen.
We kunnen water, zuurstof en koolstofdioxide zoeken en als we geluk hebben, zien we misschien zelfs enkele directe indicaties van leven in de vorm van een vegetatiesignatuur of een sterk atmosferisch onevenwicht, zoals de gelijktijdige aanwezigheid van zuurstof en methaan (vanwege aan de gelijktijdige aanwezigheid van planten en methanogene bacteriën op aarde).
Wat is het volgende
Elke missie om terrestrische planeten rond andere sterren te detecteren en spectroscopisch te karakteriseren, moet zo zijn ontworpen dat ze verschillende soorten terrestrische planeten kan detecteren met een nuttig resultaat. Dergelijke missies worden nu bestudeerd - de Terrestrial Planet Finder (TPF), door NASA, en Darwin door ESA, de European Space Agency. Het belangrijkste doel van TPF / Darwin is om gegevens te verstrekken aan de biologen en atmosferische chemici.
Het TPF / Darwin-concept gaat ervan uit dat men extrasolaire planeten spectroscopisch kan screenen op bewoonbaarheid. Om een dergelijke veronderstelling te laten gelden, moeten we de volgende vragen beantwoorden. Wat maakt een planeet bewoonbaar en hoe kunnen ze op afstand worden bestudeerd? Wat zijn de diverse effecten die biota zou kunnen uitoefenen op de spectra van planetaire atmosferen? Welke false positives kunnen we verwachten? Wat zijn de evolutionaire geschiedenissen van atmosferen die waarschijnlijk zullen zijn? En wat zijn vooral robuuste indicatoren van het leven?
TPF / Darwin moet nabije sterren onderzoeken op planetenstelsels die planeten van terrestrische grootte in hun bewoonbare zones ("aarde-achtige" planeten) bevatten. Door middel van spectroscopie moet TPF / Darwin bepalen of deze planeten atmosferen hebben en vaststellen of ze bewoonbaar zijn.
De Kepler-missie is ook gepland voor lancering in een baan om de zon in oktober 2006. Kepler is bedoeld als een missie om de frequentie van binnenplaneten nabij de bewoonbare zone van een groot aantal sterren te bepalen. Kepler zal tegelijkertijd 100.000 sterren in onze galactische 'buurt' observeren, op zoek naar planeten van het formaat van de aarde of grotere planeten binnen de 'bewoonbare zone' rond elke ster - de niet te hete, niet te koude zone waar vloeibaar water zou kunnen bestaan een planeet.
Om de moeilijkheid van het detecteren van een planeet ter grootte van een aarde rond een verre ster te benadrukken, wijst Keplers hoofdonderzoeker, William Borucki van NASA Ames erop dat er 10.000 aardes nodig zijn om de schijf van de zon te bedekken. Volgens een NASA-schatting zou Kepler 50 terrestrische planeten moeten ontdekken als de meeste gevonden planeten ongeveer de grootte van de aarde hebben, 185 planeten als de meeste 30 procent groter zijn dan de aarde en 640 als de meeste 2,2 keer zo groot zijn als de aarde. Bovendien zal Kepler naar verwachting bijna 900 gigantische planeten vinden dicht bij hun sterren en ongeveer 30 reuzen die in een baan rond Jupiter-achtige afstanden van hun moedersterren cirkelen.
Omdat de meeste van de gasreusplaneten tot dusver veel dichter bij hun sterren zijn gevlogen dan Jupiter bij de zon, gelooft Borucki dat Kepler tijdens de vier- tot zesjarige missie een groot deel van de planeten vrij dicht bij sterren zal vinden. Als dat waar blijkt, zegt hij: 'We verwachten duizenden planeten te vinden.'
Met de huidige methoden zouden astronomen het tegenwoordig erg moeilijk vinden om een planeet ter grootte van een aarde rond de ster 37 Gem te detecteren. Uit eerdere analyses zijn echter enkele keuzes uitgesloten. Een gigantische planeet zoals onze eigen Jupiter of Saturnus draait bijvoorbeeld niet rond 37 edelstenen. Deze studies hebben gesuggereerd dat gigantische planeten van een tiende tot tien keer de massa van Jupiter niet dicht bij 37 edelsteen bestaan (binnen 0,1 tot vier astronomische eenheden, of één afstand tussen aarde en zon, AU's, zie ook Cummings et al, 1999) . Vanwege de uitdagingen van het vinden van schemerige planeten in de buurt van veel helderdere sterren, zijn bijna alle tot nu toe gevonden extrasolaire planeten als onze eigen Jupiter - massief, waarschijnlijk gasvormig, en het is onwaarschijnlijk dat ze levensomstandigheden zullen herbergen vanwege hun nabijheid tot een moederster .
Maar omstandigheden rond 37 edelstenen ondersteunen mogelijk kleinere binnenplaneten zoals Venus of de aarde. Niemand weet. Alleen toekomstige onderzoeken zullen de instrumenten hebben die dergelijke aardachtige planeten kunnen vinden.
Modellen van sterren zoals 37 Gem ondersteunen echter het mogelijke bestaan van ten minste één stabiele baan voor een aarde-achtige planeet (met vloeibaar water) gecentreerd rond één aarde-zon afstand (1,12 AU). Zo'n veronderstelde planeet zou in een baan om ons heen draaien tussen de afstanden van de aarde en Mars in ons zonnestelsel. Deze onontdekte planeet zou, als ze in toekomstige studies kan worden ontdekt, een jaar hebben dat meer dan 450 dagen duurt, of een omlooptijd van ongeveer 1,3 aardse jaren.
Aangezien het zuurstofgenererende leven op aarde ongeveer twee miljard jaar in beslag nam, hadden sterren die veel jonger zijn dan dit waarschijnlijk niet genoeg tijd gehad om te evolueren naar complexe vormen. Gezien de miljarden jaren die nodig zijn voor de evolutie van het leven op aarde, konden wetenschappers zich afvragen of het leven kans zou maken in een korter levend zonnestelsel. Van heterere, zwaardere sterren wordt altijd aangenomen dat ze minder leven herbergen, maar niet omdat ze te heet zouden zijn. Planeten kunnen nog steeds genieten van gematigde klimaten, net verder dan de aarde van de zon, en bij banen die verder van de eigen moederster verwijderd zijn. Het eerste probleem van bewoonbaarheid is een van de tijd, geen temperatuur. Hetere sterren hebben de neiging sneller op te branden - misschien te snel om zich daar te ontwikkelen.
Oorspronkelijke bron: Astrobiology Magazine
