Es ist eine bekannte Tatsache, dass alle Sterne eine Lebensdauer haben. Dies beginnt mit ihrer Bildung und setzt sich dann durch ihre Hauptsequenzphase (die den größten Teil ihres Lebens ausmacht) fort, bevor sie mit dem Tod endet. In den meisten Fällen schwellen Sterne beim Verlassen der Hauptsequenzphase ihres Lebens bis zum Hundertfachen ihrer normalen Größe an. Während dieser Zeit verbrauchen sie wahrscheinlich alle Planeten, die nahe an ihnen kreisen.
Für Planeten, die den Stern in größeren Entfernungen umkreisen (im Wesentlichen jenseits der „Frostlinie“ des Systems), können die Bedingungen jedoch tatsächlich warm genug werden, um das Leben zu unterstützen. Und laut neuen Forschungen des Carl Sagan Institute an der Cornell University könnte diese Situation für einige Sternensysteme Milliarden von Jahren andauern und zu völlig neuen Formen des außerirdischen Lebens führen!
In ungefähr 5,4 Milliarden Jahren wird unsere Sonne ihre Hauptsequenzphase verlassen. Nachdem der Wasserstoffbrennstoff in seinem Kern erschöpft ist, wird die dort angesammelte inerte Heliumasche instabil und kollabiert unter ihrem eigenen Gewicht. Dies führt dazu, dass sich der Kern erwärmt und dichter wird, was wiederum dazu führt, dass die Sonne an Größe zunimmt und in die sogenannte RGB-Phase (Red Giant-Branch) ihrer Entwicklung eintritt.
Diese Periode beginnt damit, dass unsere Sonne zu einem Subgiant wird, in dem sie sich im Laufe von etwa einer halben Milliarde Jahren langsam verdoppelt. Es wird dann die nächsten eine halbe Milliarde Jahre damit verbringen, schneller zu expandieren, bis es das 200-fache seiner gegenwärtigen Größe und mehrere tausend-mal leuchtender ist. Es wird dann offiziell ein roter Riesenstern sein, der sich schließlich bis zu dem Punkt ausdehnt, an dem er über die Umlaufbahn des Mars hinausreicht.
Wie wir in einem früheren Artikel untersucht haben, wird der Planet Erde unsere Sonne nicht überleben und ein roter Riese werden - ebenso wenig wie Merkur, Venus oder Mars. Jenseits der „Frostlinie“, wo es kalt genug ist, dass flüchtige Verbindungen wie Wasser, Ammoniak, Methan, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid gefroren bleiben, überleben die verbleibenden Gasriesen, Eisriesen und Zwergplaneten . Nicht nur das, sondern auch ein massives Auftauen wird einsetzen.
Kurz gesagt, wenn sich der Stern ausdehnt, wird seine „bewohnbare Zone“ wahrscheinlich dasselbe tun und die Umlaufbahnen von Jupiter und Saturn umfassen. In diesem Fall könnten ehemals unbewohnbare Orte - wie der Jupiter- und der Kronenmonde - plötzlich bewohnbar werden. Gleiches gilt für viele andere Sterne im Universum, die alle gegen Ende ihrer Lebensdauer zu Roten Riesen werden.
Wenn unsere Sonne jedoch ihre Phase des Roten Riesenastes erreicht, wird nur noch ein aktives Leben von 120 Millionen Jahren erwartet. Dies ist nicht genug Zeit, damit neue Lebensformen entstehen, sich entwickeln und wirklich komplex werden (d. H. Wie Menschen und andere Säugetierarten). Aber nach einer aktuellen Forschungsstudie, die in erschien Das astrophysikalische Journal - mit dem Titel "Bewohnbare Zone von Sternen nach der Hauptsequenz" - einige Planeten können möglicherweise viel länger um andere rote Riesensterne in unserem Universum bewohnbar bleiben - in einigen Fällen bis zu 9 Milliarden Jahre oder länger!
Neun Milliarden Jahre sind fast doppelt so hoch wie das derzeitige Alter der Erde. Unter der Annahme, dass die fraglichen Welten auch die richtige Mischung von Elementen haben, haben sie genügend Zeit, um neue und komplexe Lebensformen hervorzubringen. Die Mitautorin der Studie, Professorin Lisa Kaltennegeris, ist auch Direktorin des Carl Sagan Institute. Als solche ist sie kein Fremder bei der Suche nach Leben in anderen Teilen des Universums. Wie sie dem Space Magazine per E-Mail erklärte:
„Wir haben festgestellt, dass Planeten - je nachdem, wie groß ihre Sonne ist (je kleiner der Stern, desto länger kann der Planet bewohnbar bleiben) - bis zu 9 Milliarden Jahre lang schön warm bleiben können. Das macht einen alten Stern zu einem interessanten Ort, um nach Leben zu suchen. Es könnte unter der Oberfläche begonnen haben (z. B. in einem gefrorenen Ozean), und wenn das Eis schmilzt, können die Gase, die das Leben ein- und ausatmet, in die Atmosphäre entweichen - was es Astronomen ermöglicht, sie als Signaturen des Lebens aufzunehmen. Oder für die kleinsten Sterne beträgt die Zeit, die ein ehemals gefrorener Planet schön warm sein kann, bis zu 9 Milliarden Jahre. So könnte das Leben in dieser Zeit möglicherweise sogar beginnen. “
Kaltenegger und Ramirez konnten anhand ihrer vorhandenen Modelle von Sternen und ihrer Evolution - dh eindimensionale strahlungskonvektive Klima- und Sternentwicklungsmodelle - die Abstände der bewohnbaren Zonen (HZ) um eine Reihe von Post-Main-Sequenzen berechnen (Post-MS) Sterne. Ramses M. Ramirez - ein wissenschaftlicher Mitarbeiter am Carl Sagan Institute und Hauptautor des Papiers - erklärte dem Space Magazine den Forschungsprozess per E-Mail:
„Wir haben Sternentwicklungsmodelle verwendet, die uns sagen, wie sich die Sterngrößen, hauptsächlich Helligkeit, Radius und Temperatur, mit der Zeit ändern, wenn der Stern durch die rote Riesenphase altert. Wir haben auch ein Klimamodell verwendet, um dann zu berechnen, wie viel Energie jeder Stern an den Grenzen der bewohnbaren Zone abgibt. Wenn wir dies und die oben erwähnte Sternhelligkeit kennen, können wir die Entfernungen zu diesen bewohnbaren Zonengrenzen berechnen. “
Gleichzeitig überlegten sie, wie diese Art der Sternentwicklung die Atmosphäre der Planeten des Sterns beeinflussen könnte. Wenn sich ein Stern ausdehnt, verliert er Masse und stößt sie in Form von Sonnenwind nach außen aus. Bei Planeten, die in der Nähe eines Sterns umkreisen, oder bei Planeten mit geringer Oberflächengravitation können einige oder alle ihrer Atmosphären weggestrahlt werden. Andererseits könnten Planeten mit ausreichender Masse (oder in sicherer Entfernung) den größten Teil ihrer Atmosphäre aufrechterhalten.
"Die Sternwinde aus diesem Massenverlust erodieren die Planetenatmosphäre, die wir auch als Funktion der Zeit berechnen", sagte Ramirez. „Wenn der Stern an Masse verliert, erhält das Sonnensystem den Drehimpuls, indem es sich nach außen bewegt. Wir berücksichtigen also auch, wie sich die Umlaufbahnen mit der Zeit bewegen. “ Mithilfe von Modellen, die die Rate des Stern- und Atmosphärenverlusts während der Sternphasen Red Giant Branch (RGB) und Asymptotic Giant Branch (AGB) berücksichtigten, konnten sie bestimmen, wie sich dies für Planeten mit einer Größe von Super- und Super- auswirken würde. Monde zu Supererden.
Sie fanden heraus, dass ein Planet Äonen oder länger in einer Post-HS-HZ bleiben kann, je nachdem, wie heiß der Stern ist, und nach Metallizitäten sucht, die denen unserer Sonne ähnlich sind. Wie Ramirez erklärte:
„Das Hauptergebnis ist, dass die maximale Zeit, die ein Planet in dieser roten riesigen bewohnbaren Zone heißer Sterne bleiben kann, 200 Millionen Jahre beträgt. Für unseren coolsten Stern (M1) beträgt die maximale Zeit, die ein Planet in dieser bewohnbaren Zone des roten Riesen bleiben kann, 9 Milliarden Jahre. Diese Ergebnisse setzen Metallizitätsniveaus voraus, die denen unserer Sonne ähnlich sind. Ein Stern mit einem höheren Prozentsatz an Metallen braucht länger, um die Nichtmetalle (H, He usw.) zu verschmelzen, und daher können sich diese maximalen Zeiten noch weiter erhöhen, bis zu einem Faktor von zwei. “
Im Kontext unseres Sonnensystems könnte dies bedeuten, dass Welten wie Europa und Enceladus (die bereits verdächtigt werden, Leben unter ihren eisigen Oberflächen zu haben) in einigen Milliarden Jahren eine Chance bekommen könnten, vollwertige bewohnbare Welten zu werden. Wie Ramirez schön zusammenfasste:
„Dies bedeutet, dass die Post-Main-Sequenz eine weitere potenziell interessante Phase der Sternentwicklung unter dem Gesichtspunkt der Bewohnbarkeit ist. Lange nachdem das innere System der Planeten durch den expandierenden, wachsenden roten Riesenstern in brutzelnde Ödländer verwandelt wurde, könnte es möglicherweise bewohnbare Wohnorte geben, die weiter vom Chaos entfernt sind. Wenn es sich um gefrorene Welten wie Europa handelt, würde das Eis schmelzen und möglicherweise bereits existierendes Leben enthüllen. Ein solches vorbestehendes Leben kann durch zukünftige Missionen / Teleskope erkennbar sein, die nach atmosphärischen Biosignaturen suchen.”
Das vielleicht aufregendste Ergebnis ihrer Forschungsstudie war jedoch die Schlussfolgerung, dass Planeten, die in den bewohnbaren Zonen ihres Sterns nach der MS umkreisen, dies in Entfernungen tun würden, die sie mithilfe direkter Bildgebungstechniken nachweisbar machen würden. Die Chancen, ein Leben in der Nähe älterer Sterne zu finden, sind also nicht nur besser als bisher angenommen, wir sollten auch keine Probleme haben, sie mit den aktuellen Techniken der Exoplanetenjagd zu entdecken!
Es ist auch erwähnenswert, dass Kaltenegger und Dr. Ramirez ein zweites Papier zur Veröffentlichung eingereicht haben, in dem sie eine Liste von 23 roten Riesensternen innerhalb von 100 Lichtjahren um die Erde bereitstellen. Zu wissen, dass diese Sterne, die sich alle in unserer herausragenden Nachbarschaft befinden, lebenserhaltende Welten in ihren bewohnbaren Zonen haben könnten, sollte Planetenjägern in den kommenden Jahren zusätzliche Möglichkeiten bieten.
Schauen Sie sich auch dieses Video von Cornellcast an, in dem Prof. Kaltenegger erzählt, was ihre wissenschaftliche Neugier weckt und wie die Wissenschaftler von Cornell daran arbeiten, Beweise für ein außerirdisches Leben zu finden.
