Blæser i stjernevinden:Forskere reducerer chancerne for liv på exoplaneter i såkaldte beboelige zoner

Er der liv hinsides Jorden i kosmos? Astronomer, der leder efter tegn, har fundet ud af, at vores Mælkevejs galakse vrimler med exoplaneter, nogle med forhold, der kunne være rigtige for udenjordisk liv. Sådanne verdener kredser om stjerner i såkaldte "beboelige zoner, "regioner, hvor planeter kunne indeholde flydende vand, der er nødvendigt for liv, som vi kender det.

Imidlertid, spørgsmålet om beboelighed er meget komplekst. Forskere ledet af rumfysikeren Chuanfei Dong fra det amerikanske energiministeriums (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) og Princeton University har for nylig rejst tvivl om vand på - og dermed den potentielle beboelighed af - ofte citerede exoplaneter, der kredser om røde dværge, de mest almindelige stjerner i Mælkevejen.

Påvirkning af stjernevind

I to aviser i The Astrofysiske tidsskriftsbreve , forskerne udvikler modeller, der viser, at stjernevinden - den konstante udstrømning af ladede partikler, der fejer ud i rummet - alvorligt kan udtømme sådanne planeters atmosfære over hundreder af millioner af år, gør dem ude af stand til at være vært for overfladebaseret liv, som vi kender det.

"Traditionelle definitioner og klimamodeller af den beboelige zone tager kun hensyn til overfladetemperaturen, "Dong sagde. "Men stjernevinden kan bidrage væsentligt til den langsigtede erosion og atmosfæriske tab af mange exoplaneter, så klimamodellerne fortæller kun en del af historien."

For at udvide billedet, det første papir ser på tidsskalaen for atmosfærisk retention på Proxima Centauri b (PCb), som kredser om den nærmeste stjerne til vores solsystem, omkring 4 lysår væk. Det andet papir stiller spørgsmålstegn ved, hvor længe oceaner kunne overleve på "vandverdener" - planeter, der menes at have have, der kan være hundredvis af miles dybe.

Dobbelt effekt

Forskningen simulerer den fotokemiske påvirkning af stjernelys og den elektromagnetiske erosion af stjernevinden på exoplaneternes atmosfære. Disse effekter er dobbelte:Fotonerne i stjernelys ioniserer atomerne og molekylerne i atmosfæren til ladede partikler, tillader tryk og elektromagnetiske kræfter fra stjernevinden at feje dem ud i rummet. Denne proces kan forårsage alvorlige atmosfæriske tab, der ville forhindre vandet, der fordamper fra exoplaneter, i at regne tilbage på dem, efterlader planetens overflade til at tørre op.

På Proxima Centauri b, modellen indikerer, at højt stjernevindtryk ville få atmosfæren til at undslippe og forhindre atmosfæren i at vare længe nok til at give anledning til overfladebaseret liv, som vi kender det. "Livets udvikling tager milliarder af år, "Dong bemærkede. "Vores resultater indikerer, at PCb og lignende exoplaneter generelt ikke er i stand til at understøtte en atmosfære over tilstrækkeligt lange tidsskalaer, når stjernens vindtryk er højt."

"Det er kun, hvis trykket er tilstrækkeligt lavt, " han sagde, "og hvis exoplaneten har et rimeligt stærkt magnetisk skjold som det i Jordens magnetosfære, at exoplaneten kan bevare en atmosfære og har potentiale for beboelighed."

Udvikling af beboelig zone

Det komplicerende er det faktum, at den beboelige zone, der kredser om røde stjerner, kan udvikle sig over tid. Så højt stjernevindtryk tidligt kunne øge hastigheden af ​​atmosfærisk flugt. Dermed, atmosfæren kunne have eroderet for tidligt, selvom exoplaneten var beskyttet af et stærkt magnetfelt som magnetosfæren omkring Jorden, sagde Dong. "Ud over, sådanne tætte planeter kunne også være tidevandslåste som vores måne, med den ene side altid udsat for stjernen. Det resulterende svage globale magnetfelt og det konstante bombardement af stjernevind ville tjene til at intensivere tab af atmosfære på den stjernevendte side."

At vende sig til vandverdener, forskerne undersøgte tre forskellige forhold for stjernevinden. Disse spændte fra:

• Vinde, der rammer Jordens magnetosfære i dag.
• Gamle stjernevinde strømmer fra unge, Sollignende stjerner, der kun var småbørnslignende 0,6 milliarder år gamle sammenlignet med Solens 4,6 milliarder år gamle.
• Indvirkningen på exoplaneter af en massiv stjernestorm som Carrington-begivenheden, som slog telegraftjenesten ud og producerede nordlys rundt om i verden i 1859.

Simuleringerne illustrerede, at oldgammel stjernevind kunne få hastigheden af ​​atmosfærisk flugt til at være langt større end tab produceret af den nuværende solvind, der når Jordens magnetosfære. I øvrigt, tabsraten for begivenheder af Carrington-typen, som menes at forekomme hyppigt i unge sollignende stjerner, viste sig at være endnu større.

"Vores analyse tyder på, at sådanne rumvejrhændelser kan vise sig at være en vigtig drivkraft for atmosfæriske tab for exoplaneter, der kredser om en aktiv ung sollignende stjerne, " skriver forfatterne.

Høj sandsynlighed for udtørrede oceaner

I betragtning af den øgede aktivitet af røde stjerner og den tætte placering af planeter i beboelige zoner, disse resultater indikerer den høje sandsynlighed for udtørrede overflader på planeter, der kredser om røde stjerner, der engang kunne have holdt oceaner, der kunne føde liv. Resultaterne kunne også ændre den berømte Drake-ligning, som estimerer antallet af civilisationer i Mælkevejen, ved at sænke estimatet for det gennemsnitlige antal planeter per stjerne, der kan understøtte liv.

Forfattere af PCb-papiret bemærker, at forudsigelse af beboeligheden af ​​planeter beliggende lysår fra Jorden naturligvis er fyldt med usikkerheder. Fremtidige missioner som James Webb Space Telescope, som NASA vil lancere i 2019 for at kigge ind i universets tidlige historie, vil derfor "være afgørende for at få mere information om stjernevinde og exoplanetatmosfærer, " siger forfatterne, "derved baner vejen for mere nøjagtige estimater af stjernevind-inducerede atmosfæriske tab."

Forskere opdager potentielt beboelige verdener med regelmæssighed. For nylig, en nyopdaget planet på størrelse med Jorden, der kredser om Ross 128, en rød dværgstjerne, der er mindre og køligere end solen, der ligger omkring 11 lysår fra Jorden, blev nævnt som vandkandidat. Forskere bemærkede, at stjernen ser ud til at være rolig og velopdragen, ikke at kaste blus og udbrud af sig, der kan fortryde livsgunstige forhold.

I samarbejde med Dong om PCb-papiret var fysikere fra Harvard University, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, University of California, Los Angeles, og University of Massachusetts.