Guldlok-stjerner er de bedste steder at lede efter livet

Til dato har astronomer opdaget over 4, 000 planeter, der kredser om andre stjerner. Statistisk set, der burde være over 100 milliarder planeter i vores Mælkevejsgalakse. De kommer i en bred vifte af størrelser og egenskaber, stort set uanede, før exoplaneter først blev opdaget i midten af ​​1990'erne. Den største motivation for at gennemse disse verdener er at finde "Genesis II, " en planet, hvor liv er opstået og udviklet sig ud over mikrober. Den ultimative gevinst ville være at finde intelligent liv fra Jorden.

Et vigtigt skridt i at søge efter beboelige planeter er at finde egnede stjerner, der kan fremme fremkomsten af ​​komplekse organismer. Fordi vores sol har næret livet på Jorden i næsten 4 milliarder år, konventionel visdom tyder på, at stjerner som den ville være hovedkandidater. Men stjerner som vores sol repræsenterer kun omkring 10 procent af Mælkevejens befolkning. Hvad mere er, de er forholdsvis kortlivede. Vores sol er halvvejs gennem sin anslåede levetid på 10 milliarder år.

Komplekse organismer opstod på Jorden for kun 500 millioner år siden. Og, den moderne form for mennesker har kun været her for et øjeblik på kosmologiske tidsskalaer:200, 000 år. Menneskehedens fremtid er ukendt. Men hvad der er sikkert er, at Jorden vil blive ubeboelig for højere former for liv om lidt over 1 milliard år, efterhånden som solen bliver varmere og udtørrer vores planet.

Derfor, stjerner, der er lidt køligere end vores sol - kaldet orange dværge - anses for at være bedre tilholdssteder for avanceret liv. De kan brænde støt i titusinder af år. Dette åbner op for et stort tidsbillede for biologisk evolution til at forfølge en uendelighed af eksperimenter for at frembringe robuste livsformer. Og, for hver stjerne som vores sol er der tre gange så mange orange dværge i Mælkevejen.

Den eneste type stjerne, der er mere udbredt, er røde dværge. Men det er feisty små stjerner. De er så magnetisk aktive, at de pumper 500 gange så meget stråling ud i form af røntgenstråler og ultraviolet lys, som vores sol gør. Planeter omkring disse stjerner får tæsk. De ville ikke være noget sted at kalde hjem for organismer som os.

En idé på vej, understøttet af stjerneundersøgelser udført af Hubble og andre teleskoper, er, at de orange dværge er "Goldilocks-stjerner" - ikke for varme, ikke for cool, og frem for alt, ikke for voldelig til at være vært for livsvenlige planeter over en enorm horisont af kosmisk tid.

I søgen efter liv hinsides Jorden, astronomer leder efter planeter i en stjernes "beboelige zone" - nogle gange kaldet "Goldilocks-zonen" - hvor temperaturerne er helt rigtige til, at flydende vand kan eksistere på en planets overflade for at nære livet, som vi kender det.

En idé på vej, understøttet af et tre årtier langt sæt stjerneundersøgelser, er, at der er "Goldilocks-stjerner" - ikke for varme, ikke for cool, og frem for alt, ikke for voldelig til at være vært for livsvenlige planeter.

Fordi vores sol har næret livet på Jorden i næsten 4 milliarder år, konventionel visdom tyder på, at stjerner som den ville være de bedste kandidater i søgen efter andre potentielt beboelige verdener. I virkeligheden, stjerner lidt køligere og mindre lysende end vores sol, klassificeret som K-dværge, er de sande "Goldilocks stjerner, " sagde Edward Guinan fra Villanova University, Villanova, Pennsylvania. "K-dværgstjerner er i det "søde sted", ' med egenskaber mellem de sjældnere, mere lysende, men kortlivede stjerner af soltypen (G-stjerner) og de mere talrige røde dværgstjerner (M-stjerner). K-stjernerne, især de varmere, har det bedste af alle verdener. Hvis du leder efter planeter med beboelighed, overfloden af ​​K-stjerner øger dine chancer for at finde liv."

Til at begynde med, der er tre gange så mange K-dværge i vores galakse som stjerner som vores sol. Omtrent 1, 000 K stjerner ligger inden for 100 lysår fra vores sol som primære kandidater til udforskning. Disse såkaldte orange dværge lever fra 15 milliarder til 45 milliarder år. Derimod vores sol, nu allerede halvvejs gennem sin levetid, varer kun 10 milliarder år. Dens forholdsvis hurtige stjerneudvikling vil efterlade Jorden stort set ubeboelig om blot yderligere 1 eller 2 milliarder år. "Stjerner af soltypen begrænser, hvor længe en planets atmosfære kan forblive stabil, " sagde Guinan. Det er fordi en milliard eller deromkring år fra nu, Jorden vil kredse inde i den varmere (indre) kant af solens beboelige zone, som bevæger sig udad, når solen bliver varmere og lysere. Som resultat, Jorden vil blive udtørret, da den mister sin nuværende atmosfære og oceaner. Ved en alder af 9 milliarder år vil solen være svulmet op til en rød kæmpe, der kan opsluge Jorden.

På trods af deres lille størrelse, de endnu mere rigelige røde dværgstjerner, også kendt som M dværgstjerner, har endnu længere levetid og ser ud til at være fjendtlige over for livet, som vi kender det. Planeter, der er placeret i en rød dværgs forholdsvis smalle beboelige zone, som er meget tæt på stjernen, er udsat for ekstreme niveauer af røntgen og ultraviolet (UV) stråling, som kan være op til hundredtusindvis af gange mere intens end hvad Jorden modtager fra solen. Et ubarmhjertigt fyrværkeri med blus og koronale masseudslyngninger bombarderer planeter med en drageånd af sydende plasma og byger af gennemtrængende højenergipartikler. Røde dværgplaneter i beboelig zone kan bages udbenet tørt og få deres atmosfærer fjernet meget tidligt i deres liv. Dette kan sandsynligvis forhindre planeterne i at udvikle sig til at være mere gæstfri et par milliarder år efter, at røde dværg-udbrud er aftaget. "Vi er ikke længere så optimistiske med hensyn til chancerne for at finde avanceret liv omkring mange M-stjerner, " sagde Guinan.

K-dværgene har ikke intenst aktive magnetfelter, der driver stærke røntgen- og UV-emissioner og energiske udbrud, og derfor skyder de blusser af meget sjældnere, baseret på Guinans forskning. Medfølgende planeter ville få omkring 1/100 af så meget dødelig røntgenstråling som dem, der kredser om de tætte beboelige zoner af magnetisk aktive M-stjerner.

I et program kaldet "GoldiloKs" Project, Guinan og hans Villanova-kollega Scott Engle, arbejder med bachelorstuderende for at måle alderen, rotationshastighed, og røntgenstråling og langt ultraviolet stråling i en prøveudtagning af for det meste kølige G- og K-stjerner. De bruger NASAs Hubble-rumteleskop, Chandra røntgenobservatorium, og Den Europæiske Rumorganisations XMM-Newton-satellit for deres observationer. Hubbles følsomme ultraviolette lysobservationer af stråling fra brint blev brugt til at vurdere strålingen fra en prøve på omkring 20 orange dværge. "Hubble er det eneste teleskop, der kan udføre denne form for observation, " sagde Guinan.

Guinan og Engle fandt ud af, at strålingsniveauerne var meget mere godartede for alle medfølgende planeter end dem, der blev fundet omkring røde dværge. K-stjerner har også længere levetid og derfor langsommere migration af den beboelige zone. Derfor, K-dværge virker som det ideelle sted at gå på udkig efter livet, og disse stjerner ville give tid til, at højt udviklet liv kan udvikle sig på planeterne. I hele solens levetid – 10 milliarder år – øger K-stjerner kun deres lysstyrke med omkring 10-15 procent, giver biologisk evolution en meget længere tidsperiode til at udvikle avancerede livsformer end på Jorden.

Guinan og Engle så på nogle af de mere interessante K-stjerner, der huser planeter, inklusive Kepler-442, Tau Ceti, og Epsilon Eridani. (De to sidstnævnte var tidlige mål for slutningen af ​​1950'erne Project Ozma - det første forsøg på at opdage radiotransmissioner fra udenjordiske civilisationer.)

"Kepler-442 er bemærkelsesværdig ved, at denne stjerne (spektral klassificering, K5) er vært for, hvad der anses for at være en af ​​de bedste Goldilocks-planeter, Kepler-442b, en klippeplanet, der er lidt mere end to gange Jordens masse. Så Kepler-442-systemet er en Goldilocks-planet, der er vært for en Goldilocks-stjerne!" sagde Guinan.

I løbet af de sidste 30 år har Guinan og Engle og deres elever observeret en række forskellige stjernetyper. På baggrund af deres studier, forskerne har fastslået forhold mellem stjernernes alder, rotationshastighed, Røntgen-UV-emissioner og flareaktivitet. Disse data er blevet brugt til at undersøge virkningerne af højenergistråling på planetens atmosfærer og muligt liv.

Resultaterne præsenteres på det 235. møde i American Astronomical Society i Honolulu, Hawaii.