Machen zwei Sonnen Planeten lebenstauglicher?

Eine internationale Zusammenarbeit von FACom-Forschern und Astronomen der University of Texas (El Paso) und der New Mexico State University hat einen physikalischen Mechanismus entdeckt, der Doppelsterne für bewohnbare Planeten gastfreundlicher machen könnte als einzelne Sterne. Die Entdeckung könnte eine Änderung der Schätzungen der Anzahl der Planeten bedeuten, die möglicherweise Leben in der Galaxie beherbergen, und die zukünftige Auswahl von Zielen für die Suche nach Leben anderswo.


Die Aufstellung vergleicht die Konzepte des Künstlers der Planeten im Kepler-37-System mit dem Mond und den Planeten im Sonnensystem. Der kleinste Planet, Kepler-37b, ist etwas größer als unser Mond und misst etwa ein Drittel der Größe der Erde. Kepler-37c, der zweite Planet, ist etwas kleiner als die Venus und misst fast drei Viertel der Größe der Erde. Kepler-37d, der dritte Planet, ist doppelt so groß wie die Erde. Bildnachweis: NASA/Ames/JPL-Caltech

Die Aufstellung vergleicht die Konzepte des Künstlers der Planeten im Kepler-37-System mit dem Mond und den Planeten im Sonnensystem. Der kleinste Planet, Kepler-37b, ist etwas größer als unser Mond und misst etwa ein Drittel der Größe der Erde. Kepler-37c, der zweite Planet, ist etwas kleiner als die Venus und misst fast drei Viertel der Größe der Erde. Kepler-37d, der dritte Planet, ist doppelt so groß wie die Erde. Bildnachweis: NASA/Ames/JPL-Caltech

Bewohnbarkeit ist der Begriff, den Astronomen verwenden, um sich auf die allgemeine Bedingung zu beziehen, die ein Planet erfüllen muss, um für das Leben geeignet zu sein. Es war üblich zu glauben, dass die Bewohnbarkeit hauptsächlich durch die Lichtmenge bestimmt wird, die ein Planet von seinem Wirtsstern erhält. Wenn der Planet zu viel Licht erhält, ist er zu heiß und Wasser kocht in seiner Atmosphäre (sofern vorhanden). Auf der anderen Seite, wenn der Planet zu weit entfernt ist und das Licht des Sterns schwach scheint, ist die Oberfläche zu kalt und das Wasser gefriert. In der Mitte zwischen diesen Extremen liegt die sogenannte „strahlende bewohnbare Zone“, auch „Goldlöckchen-Zone“ genannt.


Planeten in der Goldlöckchen-Zone müssen jedoch andere Bedingungen erfüllen, um als tatsächlich bewohnbar zu gelten. Eine der wichtigsten ist eine dichte und feuchte Atmosphäre, in der Wärme eingeschlossen werden und Wasser an der Oberfläche kondensieren könnte. Aber die Erhaltung einer Atmosphäre ist für einen jungen Planeten eine echte Herausforderung. In den frühen Tagen von Stern- und Planetensystemen wird der Raum um die Sterne voller hochenergetischer Strahlung (extremes ultraviolettes Licht – EUV und Röntgenstrahlung). Dieses energiereiche Licht wird von dem jungen und schnell rotierenden neugeborenen Stern erzeugt. Um es ins rechte Licht zu rücken, wenn Sie denken, dass die magnetische Aktivität unserer heutigen Sonne hoch ist oder Sie riesige Sonnenflecken gesehen haben, die von Zeit zu Zeit einen Bruchteil der Oberfläche unseres mittleren Alters bedecken könnten, können Sie sich nicht vorstellen, wie die Situation war, als die Sonne ein junger Stern war und sich wahrscheinlich 5-mal schneller drehte. Glücklicherweise wird die Rotation mit zunehmendem Alter des Sterns durch die Wirkung stellarer Magnetfelder und durch den Verlust der Rotation zusammen mit der Masse der stellaren Atmosphäre reduziert. Mit genügend Zeit werden Sterne magnetisch ruhig und für Planeten gastfreundlicher.

Venus und Mars waren wahrscheinlich Opfer dieser gewalttätigen Zeiten. Beide haben wahrscheinlich ihre Fähigkeit verloren, Leben zu unterstützen, während die Erde den Test bestand. Das Magnetfeld der Planeten könnte dabei eine zentrale Rolle spielen. Die Venus war wahrscheinlich zu nahe an der Sonne und weniger magnetisch geschützt, so dass ihre Atmosphäre in den ersten Äonen aufgebläht und erodiert wurde. Unter diesen Umständen entweicht das Wasser der Venus langsam aus einer Atmosphäre, die durch die anfängliche hochenergetische Strahlung der Sonne aufgeblasen wurde, in den Weltraum. Das Schicksal des Mars war noch schlimmer. Mit einer geringeren Masse und damit einem kleineren Gravitationsfeld konnte der Rote Planet der direkten Erosion des frühen Sonnenwinds nicht standhalten und verlor den größten Teil seiner Gashülle.

Aber wo passen Binärdateien in diese Geschichte?

Die Bewohnbarkeit von Planeten um Doppelsterne (Systeme, die aus zwei Sternen gebildet werden, die einen gemeinsamen Massenschwerpunkt umkreisen) unterliegen ähnlichen Bedingungen wie zuvor bei Einzelsternen beschrieben. Unter Doppelsternen kann jedoch ein neuer Mechanismus existieren, der in Einzelsternen nicht vorhanden ist und die Bedingungen für die Bewohnbarkeit in dieser Art von stellarer Umgebung verbessert (oder verringert).




Heute haben Prof. Jorge Zuluaga und Pablo Cuartas, Forscher des FACom und Fakultätsmitglieder des Institute of Physics der University of Antioquia, zusammen mit den Astronomen Paul A. Mason und Joni Clark von der University of Texas at El Paso (UTEP) und New Die Mexico State University veröffentlichte ein Papier, in dem der Mechanismus erklärt wird, der einige binäre Systeme zu idealen Orten für die Suche nach bewohnbaren Planeten machen könnte. Der Artikel, der in einer kommenden Ausgabe der Astrophysical Journal Letters zur Veröffentlichung angenommen wurde, wird von Mason geleitet, der in den letzten 6 Monaten mit dem kolumbianischen Team zusammengearbeitet hat, nachdem er sich mit den neuesten Artikeln von Zuluaga, Cuartas, und ihre Mitarbeiter in Medellin über den Einfluss von Magnetfeldern auf die Bewohnbarkeit von Planeten.

Im Wesentlichen ist der von Mason et al. ist relativ einfach. Doppelsterne ziehen sich gegenseitig zu ihrem Schwerpunkt an, verformen sich aber auch gegenseitig durch die Wirkung der sogenannten Gezeitenkräfte. Es ist bekannt, dass Gezeitenkräfte auch die Rotation der beteiligten Körper bremsen können. Der am besten dokumentierte Fall ist der unseres Mondes, der seine Rotationsrate aufgrund von Gezeitenkräften von der Erde so weit reduziert hat, dass er sich so langsam dreht, wie er sich um die Erde dreht (ca. 27 Tage). Deshalb zeigt der Mond der Erde immer das gleiche Gesicht. Dieses Phänomen wird als Gezeitensynchronisation bezeichnet und ist ein gemeinsames Merkmal von Monden, nahen Exoplaneten und natürlich Doppelsternsystemen.

Wenn die Sterne in einem Doppelsternsystem von Anfang an synchronisiert sind und gleichzeitig ihre Umlaufbahn in der Größenordnung von 15 bis 30 Tagen verschoben wird, könnte die Aktivität junger Sterne in diesen Systemen erheblich reduziert werden. Mit anderen Worten, sehr junge stellare Komponenten von gezeitensynchronisierten Doppelsternen könnten zumindest in Bezug auf die Rotation und damit die magnetische Aktivität wie erwachsene ruhige Sterne aussehen. Dieser Effekt wurde von den Forschern als „Rotationsalterung“ bezeichnet.

Die Vorteile einer frühen Rotationsalterung liegen auf der Hand: Planeten könnten zu Beginn ihrer Evolution viel weniger hochenergetische Strahlung erhalten, wobei wahrscheinlich ihre Gashüllen und/oder ihr Wasservorrat erhalten bleiben würden. Wäre dies im Sonnensystem passiert, wäre die Venus wahrscheinlich und vielleicht auch der Mars gegenwärtig bewohnbar.


Mason, Zuluaga, Clark und Cuartas haben diese Ideen angewandt, um den Fall aller Doppelsysteme mit bekannten Planeten zu bewerten, die vom Weltraumteleskop Kepler entdeckt wurden. Insgesamt wurden bisher sechs Doppelsysteme mit zirkumbinären Planeten (Planeten, die die beiden Sterne umkreisen) entdeckt: Kepler 16, Kepler 34, Kepler 35, Kepler 38, Kepler 47 und Kepler 64. Sie fanden heraus, dass mindestens drei Systeme – Kepler 34 , Kepler 47 und Kepler 64 – könnten für Planeten sehr gastfreundlich sein, da eine oder beide Komponenten gezeitensynchronisiert sind und daher ihre Aktivität unter das Niveau einzelner Sterne gleichen Alters reduziert wurde. Kepler 34 könnte sogar mehr als einen bewohnbaren Planeten innerhalb seiner Goldlöckchen-Zone beherbergen. Die Sterne im Kepler-34-System werden von zwei fast identischen Sternen mit ähnlicher Größe wie die Sonne gebildet und haben den richtigen Sternabstand und die Orbitalexzentrizität, um fast ihre gesamte Strahlungszone von schädlicher Röntgen- und EUV-Strahlung fast von Anfang an frei zu haben Anfang.

Aber nicht alles ist perfekt. Einige Doppelsterne, insbesondere solche mit nahen Umlaufbahnen oder Sternen mit geringer Masse, könnten auf sehr hohe Rotationsgeschwindigkeiten synchronisiert werden. In diesem Fall wird der Stern in Bezug auf die magnetische Aktivität im Wesentlichen „ewig jung“ sein. Dies impliziert, dass die heftigen Phasen über das hinausgehen könnten, was wir normalerweise in einzelnen Sternen sehen. Infolgedessen können diese Doppelsysteme sehr unwirtlich sein, obwohl man eine Goldlöckchen-Zone in Bezug auf die stellare Sonneneinstrahlung definieren kann. Kepler 16 ist ein System mit dieser Eigenschaft. Das System, dessen Potenzial, bewohnbare Welten zu beherbergen, kürzlich untersucht wurde, könnte Planeten in seiner strahlenden bewohnbaren Zone haben, aber wahrscheinlich haben sie keine Atmosphäre oder sind bereits ausgetrocknet, ähnlich wie Venus und Mars im Sonnensystem.

Wenn Sie also das nächste Mal von Doppelsystemen mit zirkumbinären Planeten hören, denken Sie nicht an seltsame Astrophysik, sondern denken Sie daran, dass es eine gute Chance gibt, bewohnbare Planetensysteme zu finden.

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