Die Suche nach außerirdischem Leben außerhalb unseres Sonnensystems konzentriert sich derzeit auf extrasolare Planeten innerhalb der „bewohnbaren Zonen“ exoplanetarer Systeme um sonnenähnliche Sterne. Das Auffinden erdähnlicher Planeten um andere Sterne ist das Hauptziel der Kepler-Mission der NASA.
Die bewohnbare Zone (HZ) um einen Stern ist definiert als der Entfernungsbereich, über den flüssiges Wasser bei einer ausreichend dichten Atmosphäre auf der Oberfläche eines terrestrischen Planeten existieren könnte. Terrestrische Planeten werden im Allgemeinen als felsig definiert und sind in Größe und Masse der Erde ähnlich. Hier wird eine Visualisierung der bewohnbaren Zonen um Sterne mit unterschiedlichen Durchmessern sowie Helligkeit und Temperatur gezeigt. Der rote Bereich ist zu heiß, der blaue Bereich ist zu kalt, aber der grüne Bereich ist genau richtig für flüssiges Wasser. Da es so beschrieben werden kann, wird das HZ auch als das bezeichnet "Goldlöckchen Zone".
Normalerweise denken wir, dass Planeten um andere Sterne unserem Sonnensystem ähnlich sind, in dem ein Gefolge von Planeten einen einzelnen Stern umkreist. Obwohl theoretisch möglich, diskutierten Wissenschaftler, ob Planeten jemals um Sternpaare oder Mehrsternsysteme gefunden werden könnten oder nicht. Im September 2011 kündigten Forscher der Kepler-Mission der NASA die Entdeckung von Kepler-16b an, einem kalten, gasförmigen Planeten in Saturngröße, der zwei Sterne umkreist, wie Star Wars 'fiktives Tatooine.
Diese Woche hatte ich die Gelegenheit, eine der jungen Waffen zu interviewen, die Exoplaneten studierten, Billy Quarles. Am Montag präsentierten Billy und seine Co-Autoren, Professor Zdzislaw Musielak und Associate Professor Manfred Cuntz, auf dem AAS-Treffen in Austin, Texas, ihre Ergebnisse zur Möglichkeit erdähnlicher Planeten in den bewohnbaren Zonen von Kepler 16 und anderen zirkumbinären Sternensystemen .
„Um die bewohnbare Zone zu definieren, berechnen wir die Menge an Fluss, die in einer bestimmten Entfernung auf ein Objekt einfällt“, erklärte Billy. „Wir haben auch berücksichtigt, dass verschiedene Planeten mit unterschiedlichen Atmosphären Wärme unterschiedlich speichern. Ein Planet mit einem wirklich schwachen Treibhauseffekt kann näher an den Sternen sein. Für einen Planeten mit einem viel stärkeren Treibhauseffekt wird die bewohnbare Zone weiter entfernt sein. “
„In unserer speziellen Studie haben wir einen Planeten, der zwei Sterne umkreist. Einer der Sterne ist viel heller als der andere. So viel heller, dass wir den Fluss des kleineren schwächeren Begleitsterns insgesamt ignorierten. Unsere Definition der bewohnbaren Zone in diesem Fall ist also eine konservative Schätzung. “
Quarles und seine Kollegen führten umfangreiche numerische Studien zur Langzeitstabilität von Planetenbahnen innerhalb des Kepler 16 HZ durch. "Die Stabilität der Planetenbahn hängt von der Entfernung von den Doppelsternen ab", sagte Quarles. "Je weiter draußen, desto stabiler sind sie, weil der Sekundärstern weniger stört."
Für das Kepler 16-System sind die Planetenbahnen um den Primärstern nur bis zu 0,0675 AU (astronomische Einheiten) stabil. "Das liegt weit innerhalb der inneren Grenze der Bewohnbarkeit, wo der außer Kontrolle geratene Treibhauseffekt überhand nimmt", erklärte Billy. Dies schließt die Möglichkeit bewohnbarer Planeten in enger Umlaufbahn um den Primärstern des Paares so gut wie aus. Sie fanden heraus, dass die Umlaufbahnen in der weiter entfernten Goldlöckchen-Zone um das Paar der massearmen Sterne von Kepler 16 auf Zeitskalen von einer Million Jahren oder mehr stabil sind, was die Möglichkeit bietet, dass sich Leben auf einem Planeten innerhalb dieser HZ entwickeln könnte.
Die ungefähr kreisförmige Umlaufbahn von Kepler 16b, etwa 65 Millionen Meilen von den Sternen entfernt, befindet sich am äußeren Rand dieser bewohnbaren Zone. Als Gasriese ist 16b kein bewohnbarer terrestrischer Planet. Ein erdähnlicher Mond, a Goldlöckchen MondIn der Umlaufbahn um diesen Planeten könnte das Leben erhalten bleiben, wenn es massiv genug wäre, um eine erdähnliche Atmosphäre aufrechtzuerhalten. "Wir haben festgestellt, dass ein bewohnbarer Exomoon in der Umlaufbahn um Kepler-16b möglich ist", sagte Quarles.
Ich fragte Quarles, wie sich die Sternentwicklung auf diese Goldlöckchen-Zonen auswirkt. Er sagte zu mir: „Während der Lebensdauer eines Systems sind einige Dinge zu beachten. Eine davon ist, wie sich der Stern im Laufe der Zeit entwickelt. In den meisten Fällen beginnt die bewohnbare Zone in der Nähe und driftet dann langsam aus. “
Während der Hauptsequenzlebensdauer eines Sterns baut die Kernverbrennung von Wasserstoff Helium in seinem Kern auf, was zu einem Anstieg von Druck und Temperatur führt. Dies geschieht schneller bei Sternen, die massereicher und metallischer sind. Diese Änderungen wirken sich auf die äußeren Bereiche des Sterns aus, was zu einer stetigen Erhöhung der Leuchtkraft und der effektiven Temperatur führt. Der Stern wird leuchtender, wodurch sich die HZ nach außen bewegt. Diese Bewegung könnte dazu führen, dass ein Planet innerhalb der HZ zu Beginn der Hauptsequenzlebensdauer eines Sterns zu heiß und schließlich unbewohnbar wird. Ebenso kann ein unwirtlicher Planet, der ursprünglich außerhalb des HZ liegt, auftauen und den Beginn des Lebens ermöglichen.
"Für unsere Studie haben wir den Teil der Sternentwicklung ignoriert", sagte der Hauptautor Quarles. "Wir haben unsere Modelle eine Million Jahre lang betrieben, um zu sehen, wo sich die bewohnbare Zone für diesen Teil des Lebenszyklus des Sterns befand."
In der richtigen Entfernung von seinem Stern zu sein, ist nur eine der notwendigen Bedingungen, damit ein Planet bewohnbar ist. Bewohnbare Bedingungen auf einem Planeten erfordern verschiedene geophysikalische und geochemische Bedingungen. Viele Faktoren können die Bewohnbarkeit verhindern oder behindern. Zum Beispiel kann es auf dem Planeten an Wasser mangeln, die Schwerkraft ist möglicherweise zu schwach, um eine dichte Atmosphäre aufrechtzuerhalten, die Rate der großen Einschläge ist möglicherweise zu hoch, oder die für das Leben erforderlichen Mindestzutaten (die noch zur Debatte stehen) sind möglicherweise nicht vorhanden.
Eines ist klar. Trotz aller Anforderungen an das Leben, wie wir es kennen, scheint es viele Planeten um andere Sterne zu geben, und sehr wahrscheinlich, Goldlöckchen Monde Um Planeten herum, die in den bewohnbaren Zonen der Sterne unserer Galaxie umkreisen, scheint es nur noch eine Frage der Zeit zu sein, die Signatur des Lebens in der Atmosphäre eines Planeten oder Mondes um eine andere Sonne zu erkennen.
