Ohne Magnetosphäre haben Planeten, die Flare Stars umkreisen, keine Chance

Erdlinge haben Glück. Unser Planet hat einen robusten Magnetschild. Ohne die Magnetosphäre hätte die Sonnenstrahlung wahrscheinlich das Leben auf der Erde beendet, bevor sie überhaupt in Gang gekommen wäre. Und unsere Sonne ist in herausragender Weise ziemlich zahm.

Wie ist es für Exoplaneten, die aktivere Sterne umkreisen?

Viele Menschen denken wahrscheinlich selten an die schützende Magnetosphäre der Erde. Vielleicht haben sie das Glück, einen Blick auf die Auroren zu werfen und zu bemerken, wie schön sie sind. Aber die aurorale Augenweide ist genau das: Augenweide. Das wahre Geschenk der Magnetosphäre kann das Leben selbst sein.

In der Sternenterminologie ist unsere Sonne ein Hauptreihenstern vom G-Typ. G-Sterne sind relativ ruhig und stabil, obwohl sie natürlich schwanken und aufflackern wie ihre aktiveren Cousins, die M-Sterne. Unabhängig davon, ob es sich bei einem Stern um einen M-Typ oder einen G-Typ handelt, kann die Fackelaktivität eine ernsthafte Gefahr für einen Exoplaneten und seine Chancen auf Lebensentwicklung darstellen.

Ein Stern vom Typ M ist auch als roter Zwerg bekannt und kann viel mehr aufflammen als unsere Sonne. Eine neue Studie weist darauf hin, dass die Strahlung und das Abfackeln eines Sterns, entweder vom G-Typ oder vom M-Typ, die Bewohnbarkeit von Exoplaneten ernsthaft einschränkt.

"Dies würde das Leben auf solchen Planeten für terrestrische Verhältnisse anfällig für häufige Strahlenexplosionen auf Extinktionsniveau machen, wobei nur hochradio-resistente Extremophile überleben würden."

Dmitri Atri, Autor, NYU, Abu Dhabi

Das Papier trägt den Titel "Durch stellare Protonenereignisse induzierte Oberflächenstrahlungsdosis als Einschränkung der Bewohnbarkeit terrestrischer Exoplaneten". Es wurde in den monatlichen Mitteilungen der Royal Astronomical Society: Letters veröffentlicht. Der einzige Autor ist Dmitri Atri von der New York University in Abu Dhabi, Vereinigte Arabische Emirate.

Von den ungefähr 4.000 Exoplaneten, die wir bisher entdeckt haben, befindet sich nur ein kleiner Teil in den bewohnbaren Zonen ihrer Sterne. Dies bedeutet, dass die Temperatur im richtigen Bereich liegt, damit flüssiges Wasser auf der Planetenoberfläche vorhanden ist, vorausgesetzt, es wird eine vernünftige Annahme über den atmosphärischen Druck des Planeten getroffen. Ein guter Teil von ihnen – ungefähr 17 – befindet sich in der konservativen bewohnbaren Zone ihrer Sterne. Weitere 30 sind die so genannte optimistische Wohnzone, ein größeres Gebiet als die konservative Zone.

Basierend auf Kepler-Daten könnten bis zu 40 Milliarden erdgroße Planeten in den bewohnbaren Zonen roter Zwerge und sonnenähnlicher Sterne umkreisen.

Aber wie viele von ihnen können ohne eine robuste Magnetosphäre, die sie vor ihren Sternen schützt, wirklich als in der bewohnbaren Zone betrachtet werden?

In einer Pressemitteilung sagte Atri: „Während wir die Planeten des Sonnensystems und darüber hinaus weiter erforschen, ist es weiterhin von immenser Bedeutung, herauszufinden, ob diese Planeten die Fähigkeit haben, das Leben zu unterstützen. Weitere Fortschritte in diesem Bereich werden unser Verständnis der Beziehung zwischen extremen Sonnenereignissen, Strahlungsdosis und Bewohnbarkeit der Planeten verbessern. “

Atris Papier untersucht die gesamte Strahlung, die Sterne auf ihre Planeten richten. Stellare Fackeln, koronale Massenauswürfe (CMEs) und stellare Protonenereignisse (SPEs) können Planeten abrupt mit nicht-thermischer Strahlung bombardieren, die aus Röntgenstrahlen, EUV (XUV) und stellaren energetischen Partikeln (SEPs) besteht. Diese können alle die Atmosphäre eines Planeten erodieren, photochemische Veränderungen auslösen und einen Planeten in Strahlung tauchen.

Der magnetische Schutzschild eines Planeten kann ihn vor diesen Fackeln schützen, und auch die Atmosphäre kann eine schützende Rolle spielen. In Atris Studie untersuchte er Teilchenspektren von 70 großen Fackelemissionsereignissen (beobachtet zwischen 1956 und 2012.). Er maß sowohl das Spektrum der Fackeln als auch ihre Stärke und verglich es mit der Schutzwirkung des Magnetschilds und der Atmosphäre.

Wir wissen sehr viel darüber, wie Sonnenwind und Fackeln mit der Erdmagnetosphäre interagieren. Dadurch konnte Atri abschätzen, wie Exoplaneten auf Fackeln reagieren. Atri konzentrierte sich eher auf die direkten Auswirkungen der Strahlung von Fackeln auf das Leben als auf indirekte Auswirkungen wie das Entfernen der Atmosphäre.

Wenn ein Stern aufflackert, dosiert er den Planeten mit Strahlung. Laut Atris Studie hängt die Wirkung der Strahlung auf den Planeten nicht nur direkt mit der Stärke seines Magnetfelds zusammen, sondern auch mit der Säulentiefe seiner Atmosphäre. Die plötzlichen Ausbrüche ionisierender Strahlung, die von einer Fackel auf einen Planeten treffen, können nicht nur Organismen schädigen oder töten, sondern auch ihren Lebensraum verändern, ohne dass ein ausreichender magnetischer und atmosphärischer Schutz besteht.

Dies sind nicht gerade Schlagzeilen. Wir wissen, dass die Strahlung von Sternen gefährlich ist. Aber Atri ging noch weiter: Er versuchte zu quantifizieren, wie Fackeln gleicher Stärke die Bewohnbarkeit in Abhängigkeit von den Spektren dieser Fackeln beeinflussen können. Seine Ergebnisse zeigen eine Variabilität von fünf Größenordnungen für Fackeln mit derselben Energie, aber unterschiedlichen Spektren.

Die atmosphärische Säulentiefe hatte einen ähnlichen Effekt. „In Bezug auf die Abschirmung haben wir festgestellt, dass die atmosphärische Tiefe (Säulendichte) ein wichtiger Faktor für die Bestimmung der Strahlungsdosis auf der Planetenoberfläche ist. Die Strahlungsdosis wird um 3 Größenordnungen reduziert, was einer Zunahme der atmosphärischen Tiefe um eine Größenordnung entspricht. “

Vielleicht überraschend war, dass die Stärke der Magnetosphäre eine geringere Schutzwirkung gegen Strahlung hatte. „Wir haben festgestellt, dass das planetare Magnetfeld im Vergleich zur atmosphärischen Tiefe ein wichtiger, aber weniger bedeutender Faktor ist. Die Dosis wird um einen Faktor von etwa 30 reduziert, was einer Erhöhung der magnetosphärischen Stärke um eine Größenordnung entspricht. “

Das Magnetfeld eines Planeten spielt jedoch eine zusätzliche Rolle. "Es sollte jedoch beachtet werden, dass das planetare Magnetfeld entscheidend für die Aufrechterhaltung einer substanziellen Atmosphäre auf einem Planeten ist", heißt es in der Studie.

Wir haben viel über das Abfackeln von Sternen gelernt, was ein Teil des Verständnisses der Bewohnbarkeit von Exoplaneten ist. Die Sonne strahlt mächtige Fackeln von bis zu 10 aus35 Ergs alle 2000 bis 3000 Jahre, während andere M-Sterne, die jünger und schneller rotierend sind, sie bis zu 100-mal häufiger emittieren können. Andere Sterne sind als "Flare Stars" bekannt, weil sie sogenannte Super Flares produzieren, die stärker sind als unsere Sonne jemals. Angesichts der Tatsache, dass es sich bei vielen von ihnen um rote Zwerge handelt, die Art von Stern, in der die meisten Exoplaneten vorkommen, ist die Prognose für die Bewohnbarkeit fraglich.

Aber wie Atris Arbeit hervorhebt, ist es nicht nur die Stärke der Fackel, sondern auch ihr Spektrum, die die Bewohnbarkeit einschränkt.

In der Schlussfolgerung heißt es: „Obwohl uns die jüngsten Beobachtungen gute Messungen der Abfackelraten benachbarter Sterne geliefert haben, ist die Hauptunsicherheit in dieser Arbeit die fehlende Messung von Partikeln, die von energiereichen Fackeln ausgestoßen werden (10)32–1036erg) auf anderen Sternen. Weitere Fortschritte in diesem Bereich werden unser Verständnis der Beziehung zwischen extremen Sonnenereignissen, Strahlungsdosis und Bewohnbarkeit der Planeten verbessern. “

Es kann sein, dass viele der Planeten, die wir als bewohnbar einstufen, ohne Schutz vor magnetischen oder atmosphärischen Fackeln einfach nicht sein können. Oder es kann sein, dass die Bewohnbarkeit auf Extremophile beschränkt ist. Wie Atri in seiner Arbeit sagt: „Dies würde das Leben auf solchen Planeten für terrestrische Verhältnisse anfällig für häufige Strahlenexplosionen auf Extinktionsniveau machen, wobei nur hochradio-resistente Extremophile überleben würden. Solche Werte werden für nahegelegene Planeten erwartet. “

Dieser letzte Satz könnte besonders schädlich sein.

Da es in der Milchstraße so viele rote Zwerge gibt, finden wir dort die meisten Exoplaneten. Und da diese Sterne im Durchschnitt weniger Energie verbrauchen, ist ihre bewohnbare Zone viel näher als um einen Stern wie unsere Sonne. Das bedeutet, dass viele der Planeten, die wir als potenziell bewohnbar betrachten, ohne eine ausreichende Magnetosphäre und ohne eine ausreichend tiefe Atmosphäre einfach nicht vorhanden sind.

Mehr:

  • Pressemitteilung: Forscher der NYU Abu Dhabi entdecken, dass Exoplaneten durch Sternenfackeln weniger bewohnbar gemacht werden können
  • Forschung: Durch stellare Protonenereignisse induzierte Oberflächenstrahlungsdosis als Einschränkung der Bewohnbarkeit terrestrischer Exoplaneten
  • Space Magazine: Ein roter Zwerg sprengt eine Superflare ab. Jedes Leben auf seinen Planeten hätte einen sehr schlechten Tag
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