Jakten på utenomjordisk liv utenfor solsystemet vårt fokuserer for tiden på ekstrasolære planeter innenfor de "beboelige sonene" i eksoplanetære systemer rundt stjerner som ligner solen. Å finne jordlignende planeter rundt andre stjerner er det primære målet for NASAs Kepler Mission.
Den beboelige sonen (HZ) rundt en stjerne er definert som rekkevidden for avstander som flytende vann kan eksistere på overflaten av en jordplane, gitt en tett nok atmosfære. Terrestriske planeter er generelt definert som steinete og ligner Jorda i størrelse og masse. Her vises en visualisering av de beboelige sonene rundt stjerner med forskjellige diametre og lysstyrke og temperatur. Den røde regionen er for varm, den blå regionen er for kald, men den grønne regionen er akkurat passe for flytende vann. Fordi det kan beskrives på denne måten, blir HZ også referert til som “Goldilocks Zone”.
Normalt tenker vi på at planeter rundt andre stjerner likner solsystemet vårt, der en retinue av planeter kretser om en enkelt stjerne. Selv om det er teoretisk mulig, diskuterte forskere om planeter noen gang ville bli funnet rundt par av stjerner eller flere stjernersystemer. I september 2011 kunngjorde forskere ved NASAs Kepler-oppdrag funnet av Kepler-16b, en kald, gassformig, Saturn-størrelse planet som går i bane rundt et par stjerner, som Star Wars 'fiktive Tatooine.
Denne uken hadde jeg sjansen til å intervjue en av de unge kanonene som studerte eksoplaneter, Billy Quarles. Mandag presenterte Billy og hans medforfattere, professor Zdzislaw Musielak og førsteamanuensis Manfred Cuntz, sine funn om muligheten for jordlignende planeter inne i de beboelige sonene i Kepler 16 og andre sirkulære stjernesystemer, på AAS-møtet i Austin, Texas .
"For å definere den beboelige sonen beregner vi mengden av fluks som er hendelse på et objekt på en gitt avstand," forklarte Billy. ”Vi tok også i betraktning at forskjellige planeter med forskjellige atmosfærer vil beholde varmen på en annen måte. En planet med en virkelig svak drivhuseffekt kan være nærmere stjernene. For en planet med mye sterkere drivhuseffekt, vil den beboelige sonen være lenger ut. ”
“I vår spesielle studie har vi en planet som går i bane rundt to stjerner. En av stjernene er mye lysere enn den andre. Så mye lysere at vi ignorerte fluksen fra den mindre svakere følgesvennstjernen helt. Så vår definisjon av den beboelige sonen i dette tilfellet er et konservativt estimat. "
Quarles og kollegene utførte omfattende numeriske studier på langsiktig stabilitet av planetariske baner i Kepler 16 HZ. "Stabiliteten til planetarbanen avhenger av avstanden fra de binære stjernene," sa Quarles. "Jo lenger ut, desto mer stabilt pleier de å være, fordi det er mindre forstyrrelser fra sekundærstjernen."
For Kepler 16-systemet er planetbaner rundt den primære stjernen bare stabile ut til 0,0675 AU (astronomiske enheter). “Det er godt innenfor den indre grensen for brukbarhet, der den løpende drivhuseffekten tar over,” forklarte Billy. Alt dette utelukker muligheten for beboelige planeter i nær bane rundt den primære stjernen til paret. Det de fant var at baner i Goldilocks Zone lenger ut, rundt paret til Kepler 16s lavmassestjerner, er stabile på tidsskalaer på en million år eller mer, noe som gir muligheten for at livet kan utvikle seg på en planet i den HZ.
Kepler 16bs omtrent sirkulære bane, omtrent 65 millioner miles fra stjernene, ligger i ytterkanten av denne beboelige sonen. Å være en gassgigant, 16b er ikke en beboelig terrestrisk planet. En jordlignende måne, a Goldilocks Moon, i bane rundt denne planeten kunne opprettholde liv hvis den var massiv nok til å beholde en jordlignende atmosfære. "Vi bestemte at et beboelig eksempel er mulig i bane rundt Kepler-16b," sa Quarles.
Jeg spurte Quarles hvordan stjernevolusjonen påvirker disse Goldilocks-sonene. Han sa til meg, “Det er en rekke ting å vurdere i løpet av et systems levetid. En av dem er hvordan stjernen utvikler seg over tid. I de fleste tilfeller starter den beboelige sonen nært og skyver seg sakte ut. ”
I løpet av en stjernes levetid på hovedsekvensen bygger atomforbrenning av hydrogen helium i kjernen, noe som forårsaker en økning i trykk og temperatur. Dette forekommer raskere i stjerner som er mer massive og lavere i metallisitet. Disse endringene påvirker de ytre områdene av stjernen, noe som resulterer i en jevn økning i lysstyrke og effektiv temperatur. Stjernen blir mer lysende, noe som får HZ til å bevege seg utover. Denne bevegelsen kan føre til at en planet i HZ i begynnelsen av en stjerners hovedsekvens levetid, ble for varm og til slutt ubeboelig. På samme måte kan en ugjestmild planet som opprinnelig utenfor HZ, tine ut og gjøre livet i stand til å begynne.
"For studien vår ignorerte vi den stjerners evolusjonsdelen," sa hovedforfatter, Quarles. "Vi kjørte modellene våre i en million år for å se hvor den beboelige sonen var for den delen av stjernens livssyklus."
Å være i rett avstand fra stjernen er bare en av de nødvendige forholdene som kreves for at en planet skal være beboelig. Brukbare forhold på en planet krever forskjellige geofysiske og geokjemiske forhold. Mange faktorer kan forhindre, eller hindre, vanbarhet. For eksempel kan planeten mangle vann, tyngdekraften kan være for svak til å beholde en tett atmosfære, frekvensen av store påvirkninger kan være for høy, eller de minste ingrediensene som er nødvendige for livet (fremdeles oppe til debatt) er kanskje ikke der.
En ting er tydelig. Selv med alle kravene til livet slik vi kjenner det, ser det ut til å være mange planeter rundt andre stjerner, og veldig sannsynlig, Goldilocks måner rundt planeter, som går i bane rundt de beboelige sonene til stjerner i vår galakse, at det å oppdage signaturen til livet i atmosfæren til en planet eller måne rundt en annen sol virker bare som et spørsmål om tid nå.
