Søgningen efter udenjordisk liv uden for vores solsystem er i øjeblikket fokuseret på ekstrasolære planeter inden for 'beboelige zoner' i eksoplanetære systemer omkring stjerner, der ligner solen. At finde jordlignende planeter omkring andre stjerner er det primære mål for NASAs Kepler Mission.
Den beboelige zone (HZ) omkring en stjerne er defineret som det interval af afstande, over hvilket flydende vand kunne eksistere på overfladen af en jordbunden planet, givet en tæt nok atmosfære. Terrestriske planeter er generelt defineret som stenede og ligner Jorden i størrelse og masse. Her vises en visualisering af de beboelige zoner omkring stjerner med forskellige diametre og lysstyrke og temperatur. Den røde region er for varm, den blå region er for kold, men den grønne region er lige ret til flydende vand. Da det kan beskrives på denne måde, kaldes HZ også som “Goldilocks Zone”.
Normalt tænker vi på planeter omkring andre stjerner som at ligner vores solsystem, hvor en retinue af planeter kredser om en enkelt stjerne. Selv om det teoretisk er muligt, drøftede forskere, om planeter nogensinde ville findes omkring par af stjerner eller flere stjernesystemer. I september 2011 annoncerede forskere ved NASAs Kepler-mission opdagelsen af Kepler-16b, en kold, gasformig, Saturn-størrelse planet, der kredser om et par stjerner, ligesom Star Wars 'fiktive Tatooine.
Denne uge havde jeg chancen for at interviewe en af de unge kanoner, der studerede eksoplaneter, Billy Quarles. Mandag præsenterede Billy og hans medforfattere, professor Zdzislaw Musielak og lektor Manfred Cuntz, deres konklusioner om muligheden for jordlignende planeter inde i de beboelige zoner i Kepler 16 og andre stjerne systemer, på AAS-mødet i Austin, Texas .
“For at definere den beboelige zone beregner vi den mængde af flux, der er tilfældet på et objekt i en given afstand,” forklarede Billy. ”Vi tog også højde for, at forskellige planeter med forskellige atmosfærer vil holde varmen forskelligt. En planet med en virkelig svag drivhuseffekt kan være tættere på stjernerne. For en planet med en meget stærkere drivhuseffekt vil den beboelige zone være længere ude. ”
”I vores særlige undersøgelse har vi en planet, der kredser om to stjerner. En af stjernerne er meget lysere end den anden. Så meget lysere, at vi ignorerede fluxen fra den mindre svagere ledsagerstjerne helt. Så vores definition af den beboelige zone i dette tilfælde er et konservativt skøn. ”
Quarles og hans kolleger udførte omfattende numeriske undersøgelser af den langsigtede stabilitet af planetariske kredsløb i Kepler 16 HZ. ”Stabiliteten af den planetariske bane afhænger af afstanden fra de binære stjerner,” sagde Quarles. ”Jo længere ude, desto mere stabilt er de, fordi der er mindre forstyrrelse fra den sekundære stjerne.”
For Kepler 16-systemet er planetariske kredsløb omkring den primære stjerne kun stabile ud til 0,0675 AU (astronomiske enheder). ”Det er godt inden for den indre grænse for beboelsesevne, hvor den løbende drivhuseffekt overtager,” forklarede Billy. Alt dette udelukker muligheden for beboelige planeter i tæt bane omkring parets primære stjerne. Hvad de fandt var, at kredsløb i Goldilocks-zonen længere ude, omkring Kepler 16s lavmasse-stjerner, er stabile på tidsskalaer på en million år eller mere, hvilket giver muligheden for, at livet kan udvikle sig på en planet inden for denne HZ.
Kepler 16b's omtrent cirkulære bane, omkring 65 millioner miles fra stjernerne, er på den ydre kant af denne beboelige zone. At være en gasgigant, 16b er ikke en beboelig jordisk planet. En jordlignende måne, a Goldilocks Moon, i kredsløb omkring denne planet kunne opretholde liv, hvis den var massiv nok til at bevare en jordlignende atmosfære. ”Vi bestemte, at en beboelig eksomoon er mulig i kredsløb omkring Kepler-16b,” sagde Quarles.
Jeg spurgte Quarles, hvordan stjernen evolution påvirker disse Goldilocks-zoner. Han sagde til mig: ”Der er en række ting, man skal overveje i løbet af et systems levetid. En af dem er, hvordan stjernen udvikler sig over tid. I de fleste tilfælde starter den beboelige zone tæt og trækker derefter langsomt ud. ”
I løbet af en stjernes hovedsekvenslevetid bygger kerneforbrænding af brint helium i sin kerne, hvilket medfører en stigning i tryk og temperatur. Dette forekommer hurtigere i stjerner, der er mere massive og lavere i metallicitet. Disse ændringer påvirker de ydre områder af stjernen, hvilket resulterer i en jævn stigning i lysstyrke og effektiv temperatur. Stjernen bliver mere lysende, hvilket får HZ til at bevæge sig udad. Denne bevægelse kan resultere i, at en planet inden for HZ i begyndelsen af en stjernes hovedsekvenslevetid, bliver for varm og til sidst ubeboelig. Tilsvarende kan en uvurderlig planet oprindeligt uden for HZ optø ud og gøre det muligt for livet at begynde.
”Til vores undersøgelse ignorerede vi den stjerneudviklingsdel,” sagde hovedforfatter, Quarles. ”Vi kørte vores modeller i en million år for at se, hvor den beboelige zone var for den del af stjernens livscyklus.”
At være i den rigtige afstand fra sin stjerne er kun en af de nødvendige betingelser, der kræves for at en planet kan være beboelig. Brugbare forhold på en planet kræver forskellige geofysiske og geokemiske forhold. Mange faktorer kan forebygge eller hindre vane. For eksempel kan planeten mangle vand, tyngdekraften kan være for svag til at bevare en tæt atmosfære, antallet af store påvirkninger kan være for høj, eller de minimale ingredienser, der er nødvendige for livet (stadig op til debat) er muligvis ikke der.
Én ting er klar. Selv med alle kravene til livet, som vi kender det, ser det ud til at være masser af planeter omkring andre stjerner, og meget sandsynligt, Guldlåse måner omkring planeter, der går i kredsløb inden for de beboelige zoner af stjerner i vores galakse, at detektering af signaturen om liv i atmosfæren på en planet eller en måne omkring en anden sol virker kun som et spørgsmål om tid nu.
