Klippeplaneter, der kredser om hvide dværgstjerner, kunne være de perfekte steder at søge efter liv
Nogle meget kraftige teleskoper vil se det første lys i den nærmeste fremtid. En af dem er det længe ventede James Webb Space Telescope (JWST.) En af JWSTs roller – og også rollen for de andre kommende ’scopes – er at lede efter biosignaturer i exoplaneternes atmosfærer. Nu viser en ny undersøgelse, at at finde disse biosignaturer på exoplaneter, der kredser om hvide dværgstjerner, kan give os vores bedste chance for at finde dem.
Det nye blad har titlen ' Højopløsningsspektre og biosignaturer af jordlignende planeter, der transiterer hvide dværge .' Hovedforfatteren er Thea Kozakis, en doktorgradskandidat ved Cornell Universitys Carl Sagan Institute. Undersøgelsen er offentliggjort i Astrofysiske tidsskriftsbreve .
'Vi viser, hvad de spektrale fingeraftryk kunne være, og hvad kommende rumbaserede og store terrestriske teleskoper kan se efter.'
Thea Kozakis, hovedforfatter, Cornell University
Hvide dværge er spændende stjerner, især når det kommer til jagten på jordlignende planeter. Selvom de betragtes som stjernerester - hvilket betyder, at de er ophørt med fusion - skinner de stadig. Faktisk kan hvide dværge forblive stabile i milliarder af år, efter at de er holdt op med at sammensmelte elementer. I milliarder af år udsender de deres lagrede termiske energi og opvarmer alle nærliggende planeter. Det betyder, at ethvert liv på planeter, der kredser om dem, har stabilitet og ikke skal håndteres dødelig afbrænding eller andre farlige omstændigheder.
En kunstners illustration af en hypotetisk exoplanet, der kredser om en rød dværg. Røde dværge er tilbøjelige til at udbrænde voldsomt og ville gøre det svært for livet at overleve på nogen tæt kredsende exoplaneter. Billedkredit: NASA/ESA/G. Bacon (STScI)
Hvide dværge er også små, hvilket betyder, at teleskoper ikke behøver at kæmpe med en enorm skinnende kugle, når de forsøger at studere planeter ved siden af dværgene.
Nu er et hold videnskabsmænd kommet med en slags værktøjssæt, der skal hjælpe rumteleskoper og jordteleskoper med at lede efter tegn på liv på planeter omkring hvide dværge. En pressemeddelelse kalder det 'en spektralfeltguide for disse stenede verdener.'
'Vi viser, hvad de spektrale fingeraftryk kunne være, og hvad kommende rumbaserede og store terrestriske teleskoper kan se ud efter,' siger Thea Kozakis i en pressemeddelelse.
Sollignende stjerner kan være så klare, at det er svært at opdage planeter, der kredser om dem. Når en planet passerer foran sin stjerne, og når denne transit er mellem os og stjernen, så har rumfartøjer som Kepler og TESS en chance for at opdage dem. Der er nogle problemer med transitmetoden, men det har været vores mest succesrige måde at finde exoplaneter på. Til dato er der tusindvis af bekræftede exoplaneter.
'At udgive denne form for guide giver observatører mulighed for at vide, hvad de skal kigge efter.'
Thea Kozakis, hovedforfatter, Cornell University
En hvid dværg præsenterer sine egne udfordringer, når det kommer til at opdage planeter. Selvom de ikke er så store som en hovedsekvensstjerne og derfor ikke er så lyse, udgør deres lille størrelse et andet problem. Med sådan en lille moderstjerne er det endnu sværere at se transitten af en planet i kredsløb. Det er også mindre sandsynligt, at en planet vil passere mellem os og den lille stjerne.
Men det er stadig muligt at opdage dem.
At opdage ting omkring hvide dværge er en ret ny udvikling inden for astronomi. For nylig observerede astronomer affaldsskiver omkring hvide dværge for første gang. I 2015, et hold af astronomer fundet mindst én desintegrerende planetesimal kredser om en hvid dværg. I 2019, en anden undersøgelse fremlagt beviser for planeter, der kredser om en hvid dværg. En anden undersøgelse fra 2019 fremlagt bevis for, at der omkring 1 ud af 10.000 'spektroskopisk påviselige kæmpeplaneter i tætte kredsløb omkring hvide dværge.'
Men vi ved ikke rigtig, hvor mange der er, før vi bliver bedre til at opdage dem. I december 2019 fandt astronomer en Planet på størrelse med Neptun, der kredser om en hvid dværg , selvom dværgen i det tilfælde langsomt ødelagde planeten.
Astronomer har fundet en hvid dværgstjerne, som ser ud til at være omgivet af en afkortet gasskive. Skiven er sandsynligvis skabt af en gasplanet, der blev revet i stykker af dens tyngdekraft. Billedkredit: Warwick University.
Astronomer vil sandsynligvis finde flere og flere planeter, der kredser om hvide dværgstjerner. Nogle af dem vil være jordlignende. Og når de finder dem, vil de gerne undersøge atmosfæren for tegn på liv. Det er her, Kozakis' nye undersøgelse kommer ind.
'Stenplaneter omkring hvide dværge er spændende kandidater at karakterisere, fordi deres værter ikke er meget større end planeter på størrelse med Jorden,' sagde Lisa Kaltenegger , lektor i astronomi ved College of Arts and Sciences og direktør for Carl Sagan Institute.
'Vi håber på og leder efter den slags transit,' sagde Kozakis. 'Hvis vi observerer en transit af den slags planeter, kan forskere finde ud af, hvad der er i dens atmosfære, henvise tilbage til dette papir, matche det til spektrale fingeraftryk og lede efter tegn på liv. Udgivelse af denne form for guide giver observatører mulighed for at vide, hvad de skal kigge efter.'
Dette billede fra undersøgelsen viser nogle af spektrene i værktøjskassen. Hver af de seks kasser præsenterer spektre for forskellige elementer i en planets atmosfære og viser også, hvordan hver enkelt vil se ud omkring en hvid dværg af forskellig alder og temperatur. Billedkredit: Kozakis et al., 2020.
Hvide dværge afkøles til sidst. Det tager lang tid, men til sidst bliver de sorte dværge og udsender slet ingen varme. For at tage højde for de forskellige temperaturer og farver på hvide dværge, mens de udvikler sig, byggede forskerparret deres spektraguide omkring tre temperaturer. De skriver: 'For at udforske WD-planetens udvikling gennem deres værts afkøling, modellerer vi fotokemien og klimaet på sådanne planeter ved hjælp af WD-spektralmodeller beskrevet i Saumon et al. (2014) for WD-værter ved 6.000, 5.000 og 4.000 K.'
'Vi ville vide, om lys fra en hvid dværg - en for længst død stjerne - ville give os mulighed for at se liv i en planets atmosfære, hvis det var der,' sagde Kaltenegger. De skabte også spektrale modeller for forskellige atmosfærer.
Denne undersøgelse fokuserer på spektrale biosignaturer skabt af metan, dinitrogenoxid og ozon. Det er dog ikke så nemt at opdage dem. Der er falske positiver at kæmpe med. Alligevel 'udvider denne undersøgelse videnskabelige databaser til at finde spektrale tegn på liv på exoplaneter ...', som det hedder i en pressemeddelelse.
Men der er stadig nogle overordnede spørgsmål forbundet med potentielt liv på planeter, der kredser om hvide dværge.
Før en stjerne bliver til en hvid dværg, går den igennem en rød kæmpefase. Stjernen mister så meget masse, at den ikke kan rumme sig selv og udvider sig. Vores egen sol vil gå igennem dette, og når den udvider sig, vil den forbruge Merkur, Venus og måske endda Jorden. Livet ville sandsynligvis ikke overleve denne tumultariske forandring. Så kunne der virkelig være liv på en jordlignende planet, der kredser om en hvid dværg?
Der er masser af hvide dværge, men kunne de forsørge livet? Dette er en kunstners indtryk af en hvid dværg (udbrændt) stjerne, der samler klippeaffald efterladt af stjernens overlevende planetsystem. Det blev observeret af Hubble i Hyades-stjernehoben. Nederst til højre kan man se en asteroide falde mod en Saturn-lignende støvskive, der omkranser den døde stjerne. Kredit: NASA, ESA og G. Bacon (STScI)
Ingen ved. Planeter kan migrere, og det er muligt, at en planet kan overleve sin stjernes overgang fra hovedsekvens til hvid dværg. Eller det er endda muligt, at livet kan begynde igen på en planet, når dens værtsstjerne er blevet en hvid dværg. Hvide dværge er trods alt meget stabile og langlivede.
'Hvis vi ville finde tegn på liv på planeter, der kredser under lyset af længe døde stjerner,' sagde Kaltenegger, 'ville det næste spændende spørgsmål være, om livet overlevede stjernens død eller startede forfra - en anden tilblivelse, hvis du vil .'
Mere:
- Pressemeddelelse: For længst døde stjerner kan give spor til livet i kosmos
- Forskningsartikel: Højopløsningsspektre og biosignaturer af jordlignende planeter, der transiterer hvide dværge
- Universet i dag: Planet på størrelse med Neptun fundet i kredsløb om en død hvid dværgstjerne. Her er den skøre del, planeten er 4 gange større end stjernen