10 juli 2020

Zijn planeten bij rode dwergsterren te droog voor leven?

Een protoplanetaire schijf

Credit: NASA/JPL-Caltech

Als water de bron van het leven is, dan is het vinden van de bron van het water een geldige onderneming binnen de astrobiologie. Wetenschappers hebben bepaalde scenario’s verzonnen voor de manier waarop onze planeet nat werd en nat bleef, maar andere planeten kunnen geen toegang hebben gehad tot deze waterbron. Een voorbeeld van een plaats waarin het aantrekken van water een probleem zou kunnen zijn, is bij rode dwergsterren. Deze sterren zijn van astrobiologisch belang vanwege het feit dat er ontzettend veel van zijn. Sterker nog, rode dwergen (M-dwergen), die zo’n 10 tot 50 procent van de massa van de zon hebben, zijn het meest voorkomende stertype binnen onze Melkweg. Een recente analyse van gegevens die zijn verzameld door de Kepler-ruimtesonde heeft zelfs uitgewezen dat zo’n zes procent van deze M-dwergen leefbare planeten zou kunnen bevatten!”Leefbaar” wil in dit geval zeggen: een gemiddelde oppervlaktetemperatuur dat in principe geschikt is om vloeibaar water mogelijk te maken. Maar wat als er helemaal geen water is? Computersimulaties lijken inderdaad uit te wijzen dat rotsplaneten bij M-dwergen het zonder water moeten doen. Nou, dat is dus een grote klap voor de astrobiologie. Kunnen we planeten bij rode dwergen dan schrappen van onze lijst van potentieel leefbare exoplaneten? Nou, niet als het aan de astrobioloog Fred Ciesla ligt (Universiteit van Chicago). Volgens hem is de bron van planetair water een ingewikkeld proces dat van vele factoren afhankelijk is.

Red Dwarf Earthlike Planet

Credit: David A. Aguilar (CfA)

Water op aarde

Het water op aarde is hier afgeleverd door kometen en planetoiden, zo is de algemene mening. In het vroege zonnestelsel waren alle rotsen en stofdeeltjes uitgespreid in de vorm van een ronddraaiende schijf rondom de jonge zon. Het materiaal in het binnendeel van deze schijf was te warm om water vast te houden, terwijl materiaal voorbij de zogenaamde “sneeuwlijn” (op ongeveer 2,5 keer de afstand tussen de aarde en de zon) koud genoeg was om ijskristallen te verzamelen.De aarde en de overige rotsplaneten zijn vermoedelijk binnen de sneeuwlijn ontstaan en zouden technisch gezien dus droog moeten zijn. Zwaartekrachtinteracties binnen de schijf hebben echter geleid tot instabiliteiten, waardoor de planetaire bestanddelen door elkaar zijn gehusseld. Hierbij is ijsrijk materiaal het binnen-zonnestelsel in geschoten. Het eindresultaat: een aarde bedekt met oceanen.Zou een vergelijkbaar proces plaats kunnen vinden bij kleinere sterren met minder materiaal? Om deze vraag te beantwoorden heeft men een computermodel gemaakt, waarbij de planeetvorming opnieuw is gedaan, maar dan met een kleinere schijf met minder materiaal. Het resultaat was teleurstellend: planeten in de leefbare zone van M-dwergen zijn droog.Een oorzaak is het feit dat bij kleinere schijven minder krachtige verstoringen optreden, waardoor de aanvoer van ijsrijk materiaal naar de binnenschijf veel minder efficiënt verloopt. Bovendien zijn M-dwergen vlak na hun geboorte helderder, waardoor de sneeuwgrens verder naar buiten is komen te liggen en de aanvoer van ijsrijk materiaal nog lastiger verloopt.Dit zijn steekhoudende argumenten, althans als het planetenstelsel van een M-dwerg inderdaad een kleinere versie van ons zonnestelsel zou zijn. Ciesla is zich echter gaan afvragen of er niet meer verschillen zijn dan alleen de grootte. Het verschil, denkt hij, zou aluminium kunnen zijn!

Koken met aluminium
Aluminium, en dan vooral het isotoop aluminium-26, zou een belangrijke rol gehad kunnen hebben bij de aanvoer van water op de aarde. Aluminium-26 is een radioactieve isotoop met een halfwaardetijd van 700.000 jaar. Bewijs uit meteorieten suggereert dat zij ooit veel aluminium-26 bevat moeten hebben, dat inmiddels allemaal vervallen is. Het verval van aluminium-26 is van grote invloed geweest op grote ruimterotsen (planetesimalen genoemd), die uiteindelijk zijn samengesmolten om planeten te maken. Deze planetaire bouwstenen zijn van binnen opgewarmd door het verval van aluminium-26, waardoor het ijs binnen de planetesimalen is gaan smelten. Een deel van dit ijs zal vervolgens de ruimte in vervlogen zijn.Als dit verhaal juist is, dan zouden de aarde en de overige rotsplaneten zijn “bestolen” van een deel van het water (en overige vluchtige stoffen) die eigenlijk voor aflevering bestemd waren. Dit is echter geen algemene regel voor planeetvorming. Niet ieder planetenstelsel zal namelijk aluminium-26 bevatten. Aluminium-26 wordt geproduceerd in massieve sterren. Het is niet helemaal duidelijk waarom ons zonnestelsel er zoveel van gehad heeft, maar vermoedelijk heeft een nabije supernova hier een rol in gespeeld.Een ander planetenstelsel zou geen bron van aluminium-26 kunnen hebben, waardoor planetesimalen in het bouwproces van planeten meer water vast kunnen houden. Ciesla is nu aan het testen of dit extra water een verschil zou kunnen maken bij M-dwergen. Hij geeft toe dat andere processen de invloed van de nattere bestanddelen weer ongedaan zouden kunnen maken. “Het zou een stap vooruit kunnen zijn, maar ook twee stappen terug”.

De theorieën herzien

frostline

credit: Lunar and Planetary Institute

Sean Raymond, die betrokken is geweest bij eerdere onderzoeken naar planeten bij M-dwergen, is het ermee eens dat de voorgaande conclusies voorbarig zijn.

Hij zegt dat andere onderzoekers gekeken hebben naar de effecten van aluminium-26, maar hij denkt dat Ciesla de eerste is die de toegenomen massa van waterrijke planetesimalen heeft meegenomen in de berekeningen. Als planetesimalen bij M-dwergen inderdaad natter zouden zijn, dan moeten de planeten die uit de planetesimalen gevormd worden eveneens natter zijn, wellicht nat genoeg voor het ontstaan van het leven (zoals wij dat kennen).Raymond (en anderen) hebben echter een nieuw model ontwikkelt, waarbij het aanleveren van water via een geheel ander proces heeft plaatsgevonden. Binnen dit Grand Tack model is Jupiter in de begindagen van het zonnestelsel langzaam naar binnen gemigreerd, totdat een stukje verderop Saturnus werd geboren. Hierdoor werd Jupiter weer naar buiten getrokken, waarbij waterrijk materiaal richting de aarde is geslingerd.” Aangezien planeetvorming gepaard gaat met migratie, zal water op natuurlijke wijze aangeleverd worden op aarde-achtige planeten”, zo stelt Raymond. “Het idee dat de wateraanvoer een probleem zou zijn voor deze planeten, is waarschijnlijk dan ook overdreven”. Steker nog, planeten bij M-dwergen zouden heel waterrijk kunnen zijn! Als Ciesla gelijk heeft met de effecten van aluminium-26 en als Raymond gelijk heeft over migratie, dan kunnen vele planeten bij M-dwergen waterwerelden zijn! Bron: SPACE.com.

Comments

  1. RemcoH1980 RemcoH1980 zegt

    Veel informatie in een filmpje van 20 minuten. Top 🙂

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: