Die Sonneneruption unserer Sonne, 2. Oktober 2014. (NASA/SDO) Rote Zwerge sind die häufigste Sternart in unserer Nachbarschaft und wahrscheinlich auch in der Milchstraße. Aus diesem Grund befinden sich viele der erdähnlichen und möglicherweise lebenserhaltenden Exoplaneten, die wir entdeckt haben, in einer Umlaufbahn um Rote Zwerge. Das Problem besteht darin, dass Rote Zwerge ein intensives Fackelverhalten zeigen können, das viel energiereicher ist als unsere relativ ruhige Sonne.
Was bedeutet das also für das Potenzial dieser Exoplaneten, tatsächlich Leben zu ermöglichen?
Das meiste Leben auf der Erde und wahrscheinlich auch auf anderen Welten ist zum Überleben auf Sternenergie angewiesen. Die Sonne ist seit der Reproduktion der ersten Zellen der Motor des Lebens auf der Erde. Aber manchmal, wie alle Sterne, reagiert die Sonne und sendet Fackeln aus.
Manchmal stößt es extrem energiereiche Leuchtraketen aus. Die starke magnetische Energie in der Sonnenatmosphäre wird instabil und es werden enorme Energiemengen freigesetzt. Wenn es in Richtung Erde freigesetzt wird, kann es Probleme verursachen . Es kann zu Störungen im Funkverkehr und sogar zu Stromausfällen kommen.
Aber was die Flare-Aktivität angeht, ist die Sonne im Vergleich zu einigen anderen Sternen relativ schwach. Einige Sterne, insbesondere Rote Zwerge, können häufig und heftig aufflammen. Ein Forscherteam untersuchte, wie sich die Flare-Aktivität auf die Atmosphäre und das Potenzial für Leben auf erdähnlichen Planeten auswirkt, die Sterne mit geringer Masse umkreisen, darunter Sterne vom Typ M, Sterne vom Typ K und Sterne vom Typ G.
Kunst eines aufflammenden roten Zwergsterns, der von einem Exoplaneten umkreist wird. (NASA/ESA/G. Bacon/STScI)
Die neue Studie heißt „ Fortbestehen der durch Fackeln verursachten atmosphärischen Chemie auf felsigen Welten in bewohnbaren Zonen '. Der Hauptautor ist Howard Chen, ein Doktorand an der Northwestern University. Der Artikel wird in der Zeitschrift veröffentlicht Naturastronomie .
„Unsere Sonne ist eher ein sanfter Riese“, sagte Allison Youngblood, Astronomin an der University of Colorado in Boulder und Mitautorin der Studie.
„Er ist älter und nicht so aktiv wie jüngere und kleinere Sterne.“ Die Erde verfügt außerdem über ein starkes Magnetfeld, das die schädlichen Winde der Sonne ablenkt.“
Das hilft zu erklären, warum die Erde förmlich „vor Leben strotzt“, wie Carl Sagan unseren Planeten beschrieb. Bei Planeten, die massearme Sterne wie Rote Zwerge (M-Zwerge) umkreisen, ist die Situation jedoch ganz anders.
Wir wissen, dass Sonneneruptionen und die damit verbundenen koronalen Massenauswürfe die Lebensaussichten auf ungeschützten Exoplaneten sehr beeinträchtigen können. Die Autoren schreiben in ihrer Einleitung, dass die stellare Aktivität – zu der stellare Flares, koronale Massenauswürfe (CMEs) und stellare Protonenereignisse (SPEs) gehören – einen tiefgreifenden Einfluss auf die Bewohnbarkeit eines Planeten hat, vor allem über ihre Wirkung auf die Atmosphäre Ozon .'
Ein einzelner Ausbruch hier und dort im Laufe der Zeit hat keine große Wirkung. Bei vielen Roten Zwergen kommt es jedoch zu häufigerem und längerem Aufflackern.
„Wir haben die atmosphärische Chemie von Planeten, die häufig Ausbrüche erleben, mit denen von Planeten verglichen, die keine Ausbrüche erleben.“ „Die langfristige Atmosphärenchemie ist sehr unterschiedlich“, sagte Howard Chen von Northwestern, der Erstautor der Studie, in einem Pressemitteilung .
„Kontinuierliche Ausbrüche bringen die atmosphärische Zusammensetzung eines Planeten tatsächlich in ein neues chemisches Gleichgewicht.“
Eines der Dinge, die das Team untersuchte, war Ozon und die Auswirkungen, die Fackeln darauf haben. Hier auf der Erde, unser Ozonschicht hilft uns vor der UV-Strahlung der Sonne zu schützen. Aber extreme Fackelaktivitäten auf Roten Zwergen können Ozon in der Atmosphäre von Planeten zerstören, die sie in der Nähe umkreisen.
Wenn die Ozonwerte sinken, ist ein Planet weniger vor der UV-Strahlung seines Sterns geschützt. Starke UV-Strahlung kann die Möglichkeit des Lebens verringern.
In ihrer Studie verwendete das Team Modelle, um das Abfackeln und seine Auswirkungen auf die Atmosphäre von Exoplaneten zu verstehen. Sie verwendeten Abfackelungsdaten des NASA-Satelliten TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) und Langzeitklimadaten von Exoplaneten aus anderen Studien. Sie fanden einige Fälle, in denen Ozon trotz Abfackeln bestehen blieb.
„Wir haben herausgefunden, dass Sternausbrüche die Existenz von Leben möglicherweise nicht ausschließen“, fügte Daniel Horton, der leitende Autor der Studie, hinzu. „In manchen Fällen zerstört das Abfackeln nicht das gesamte atmosphärische Ozon.“ Das Leben an der Oberfläche könnte noch eine Chance haben.‘
(Chen et al., Nature Astronomy , 2020)
BILD: Diese Abbildung aus der Studie zeigt globale mittlere vertikale Profile atmosphärischer Arten auf einem simulierten Planeten um einen sonnenähnlichen G-Stern. Von links nach rechts sind die Mischungsverhältnisse für Ozon, Lachgas, Salpetersäure und Wasserdampf dargestellt.
Planeten, die zumindest potenziell Leben ermöglichen, können sich in einer schwierigen Lage befinden. Sie müssen nah genug an ihren Sternen sein, damit ihr Wasser nicht gefriert, aber nicht zu nah, sonst sind sie zu heiß. Aber dieser Tanz mit Nähe kann sie den mächtigen Leuchtraketen aussetzen.
Rote Zwerge sind kleiner und kühler als unsere Sonne, was bedeutet, dass die bewohnbare Zone aller Planeten, die sie umkreisen, kleiner und viel näher am Stern ist als die Erde an der Sonne. Das setzt sie nicht nur Flares aus, sondern führt auch dazu, dass Planeten durch Gezeiten an ihre Sterne gebunden sind.
Die Kombination aus Abfackeln und Gezeitensperre kann sich negativ auf die Lebensaussichten auswirken. Die Rotation der Erde erzeugt ihre schützende Magnetosphäre, aber gezeitengebundene Planeten können keine solche erzeugen und sind weitgehend ungeschützt vor stellarer UV-Strahlung.
„Wir haben Planeten untersucht, die innerhalb der bewohnbaren Zonen von M- und K-Zwergsternen kreisen – den häufigsten Sternen im Universum“, sagte Horton.
„Die bewohnbaren Zonen um diese Sterne sind schmaler, weil die Sterne kleiner und weniger kraftvoll sind als Sterne wie unsere Sonne.“ Auf der anderen Seite wird angenommen, dass M- und K-Zwergsterne eine häufigere Flare-Aktivität aufweisen als unsere Sonne, und es ist unwahrscheinlich, dass ihre durch die Gezeiten blockierten Planeten über Magnetfelder verfügen, die ihre Sternwinde ablenken.
(Chen et al., 2020)
BILD: Diese Abbildung aus der Studie zeigt, wie wiederholtes Sternfackeln die atmosphärischen Gase in einem simulierten erdähnlichen Planeten um einen sonnenähnlichen Stern verändern kann.
Diese Studie hat auch eine positivere Seite. Das Team fand heraus, dass Abfackelaktivitäten tatsächlich bei der Suche nach Leben helfen können.
Die Fackeln können es einfacher machen, einige Gase zu erkennen, die Biomarker sind. In diesem Fall fanden sie heraus, dass die Energie aus dem Abfackeln auf das Vorhandensein von Gasen wie Salpetersäure, Lachgas und Lachgas hinweisen kann, die allesamt Indikatoren für lebende Prozesse sein können.
(Chen et al., 2020)
BILD: Diese Abbildung aus der Studie zeigt, wie wiederholtes Sternflackern die Atmosphärenchemie auf einem modellierten erdähnlichen Planeten um einen Stern vom K-Typ beeinflussen kann. Beachten Sie die erhöhten Werte an nachweisbarem NO, einem potenziellen Biomarker.
„Weltraumwetterereignisse werden typischerweise als Beeinträchtigung der Bewohnbarkeit angesehen“, sagte Chen.
„Aber unsere Studie hat quantitativ gezeigt, dass uns bestimmte Weltraumwetter tatsächlich dabei helfen können, Signaturen wichtiger Gase zu erkennen, die auf biologische Prozesse hinweisen könnten.“
Aber nur einige. In anderen Fällen zeigte ihre Arbeit, dass Abfackeln potenzielle Biosignaturen von anoxischem Leben zerstören kann.
„Obwohl wir über die 3D-Effekte stellarer Flares auf oxidierende Atmosphären berichten, könnten starke Flares auch andere unerwartete Auswirkungen auf Atmosphären mit reduzierenden Bedingungen haben.“ Beispielsweise könnten aus Sternfackeln stammende Wasserstoffoxidspezies wichtige anoxische Biosignaturen wie Methan, Dimethylsulfid und Carbonylsulfid zerstören und dadurch ihre spektroskopischen Eigenschaften unterdrücken“, berichten die Autoren.
Ein weiteres interessantes Ergebnis dieser Studie betrifft die Magnetosphären von Exoplaneten. Sie finden heraus, dass Hyperflares dabei helfen können, die Natur und das Ausmaß der Magnetosphären aufzudecken.
„Spekulativer ist, dass Protonenereignisse während Hyperflares die Existenz von Magnetfeldern im Planetenmaßstab aufzeigen könnten, indem sie bestimmte Regionen des Planeten hervorheben.“ Durch die Identifizierung von Stickstoff- oder Wasserstoffoxid-emittierenden Flussfingerabdrücken während Magnetstürmen und/oder Polarlicht-Niederschlagsereignissen könnte man möglicherweise in der Lage sein, die geometrische Ausdehnung exoplanetarer Magnetosphären zu bestimmen.“
(Chen et al., 2020)
BILD: Hyperflares könnten uns helfen, das Ausmaß der Magnetosphären von Exoplaneten zu verstehen, indem sie das Ausmaß der Stickoxidfluss-Fingerabdrücke identifizieren.
Andere neuere Forschungen deuten darauf hin, dass Exoplaneten, die Fackeln ausgesetzt sind, insbesondere um Rote Zwergsterne, keine guten Orte für die Suche nach Leben sind. Die Abfackelaktivität ist zu schädlich. Diese Studie zeigt jedoch, dass die Situation komplexer ist.
Insgesamt zeigt sich, dass das Abfackeln uns in einigen Fällen dabei helfen könnte, Biosignaturen zu erkennen. Es zeigt auch, dass Abfackelungen zwar die Atmosphären von Exoplaneten stören können, sie sich jedoch in vielen Fällen wieder normalisieren. Es ist auch eine Tatsache, dass massearme Sterne viel länger leben als Sterne wie unsere Sonne, was bedeutet, dass auf ihren Planeten mehr Zeit für die Entwicklung von Leben bleibt.
Diese neue Arbeit zeigt, wie kompliziert die Suche nach Leben ist und wie viele Variablen beteiligt sind. Und es enthält mindestens eine Überraschung. Während Fackeln weitgehend als schädlich für die Bewohnbarkeit von Exoplaneten angesehen wird, bedeutet die Tatsache, dass sie bei der Erkennung von Biosignaturen helfen können, dass mehr passiert als erwartet.
Diese Forschung erforderte die Zusammenarbeit von Wissenschaftlern aus vielen Disziplinen. Es stützte sich auf Klimaforscher, Astronomen, Beobachter und Theoretiker und natürlich auf Exoplanetenforscher.
„Dieses Projekt war das Ergebnis einer fantastischen gemeinsamen Teamarbeit“, sagte Eric T. Wolf, Planetenforscher an der CU Boulder und Mitautor der Studie.
„Unsere Arbeit unterstreicht die Vorteile interdisziplinärer Bemühungen bei der Untersuchung der Bedingungen auf extrasolaren Planeten.“
Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Universum heute . Lies das originaler Artikel .