Ultraviolette Strahlung von massearmen Sternen k├Ânnte Planeten unbewohnbar machen

Sterne mit geringer Masse sind derzeit die vielversprechendsten Ziele bei der Suche nach potenziell bewohnbaren Planeten, aber neue Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass einige dieser Sterne während ihrer gesamten Lebensdauer erhebliche Mengen an ultravioletter Strahlung (UV-Strahlung) produzieren. Eine solche Strahlung könnte die Entwicklung des Lebens auf allen Planeten im Orbit behindern.

M-Zwerge sind Sterne, die kühler und weniger massiv sind als Sterne wie unsere Sonne, und sie sind die häufigste Art von Sternen in der Galaxis, was bedeutet, dass wir sie besser verstehen und ihren Einfluss auf ihre Planeten verstehen müssen.

Das Erkennen terrestrischer Planeten in der bewohnbaren Zone - der Region, in der flüssiges Wasser auf der Oberfläche eines Planeten existieren kann - wenn sie vor sonnenähnlichen Sternen vor oder durch sie hindurchgehen, ist schwierig. Dies liegt zum Teil daran, dass wir nur einen kleinen Sprung im Licht sehen, wenn der Planet den Stern kreuzt, und zum anderen, weil ihre Umlaufbahnen lang genug sind, dass wir mehrere Jahre warten müssen, um mehrere Transite zu beobachten. Da M-Zwerge jedoch kleiner und kühler sind, befinden sich die Planeten in ihrer bewohnbaren Zone viel näher an ihrem Stern, was zu größeren und häufigeren Lichtrückgängen führt, wodurch sie leichter zu erkennen sind. [Wie man Sterntypen unterscheidet (Infografik)]

Dies macht M-Zwerge zu idealen Kandidaten bei der Suche nach potenziell bewohnbaren Planeten, was dazu geführt hat, dass terrestrische Planeten der bewohnbaren Zone um M-Zwerge einschließlich Proxima Centauri, TRAPPIST-1 und Ross 128 entdeckt wurden.

Ultraviolette Pegel im Laufe der Zeit

Eine Arbeit von Astrophysikern Adam Schneider und Evgenya Shkolnik von der Arizona State University, kürzlich veröffentlicht in Das Astronomische Journal, hat gezeigt, dass die heißesten und massivsten M-Zwerge, die als "frühe Art" bezeichnet werden, während ihrer Lebenszeit unterschiedliche Mengen an UV-Strahlung emittieren, verglichen mit den weniger massiven und kühleren "mittleren" und "späten" M-Zwergen. Die Arbeit verwendete Beobachtungen von NASA Galaxy Evolution Explorer (GALEX) -Satelliten, um mehrere Populationen von M-Zwergen im ultravioletten Licht zu untersuchen.

Es ist bekannt, dass M-Zwerge eine höhere potentiell schädliche UV-Strahlung emittieren als Sterne wie unsere Sonne. UV-Strahlung kann planetare Atmosphären erodieren und sich nachteilig auf die Biologie auswirken. Es kann auch die Häufigkeit von Molekülen in planetaren Atmosphären beeinflussen, einschließlich Kohlendioxid, Sauerstoff und Ozon. Ultraviolettes Licht kann Moleküle von Kohlendioxid in ihre atomaren Bestandteile aufspalten und atomaren Sauerstoff erzeugen, der sich dann mit molekularem Sauerstoff zu Ozon verbindet. Ozon ist leichter zu entdecken als Sauerstoff und wird oft als potenzieller Biomarker für das Leben betrachtet. Eine übermäßige UV-Strahlung, die zu zusätzlichem Ozon führt, könnte zu falschen positiven Ergebnissen führen, wenn wir das zusätzliche Ozon als biologisches Produkt betrachten. Daher ist das Verständnis der UV-Strahlung, die von M-Zwergen emittiert wird, wesentlich für die Beurteilung der Beobachtungen ihrer Atmosphären.

Das Ziel des Programms "Habitable Zones and M-dwarf Activity across Time" (HAZMAT) besteht darin, mithilfe von UV-Beobachtungen zu verstehen, wie sich die Bewohnbarkeit von Sternen mit geringer Masse im Laufe der Zeit verändert. Die Forscher verwendeten GALEX, um eine große Probe von M- zu beobachten. Zwerge mit bekanntem Alter zwischen zehn Millionen Jahren und fünf Milliarden Jahren.

Ihre Ergebnisse zeigten, dass die masseärmeren Sterne vom mittleren und späten Typ eine hohe UV-Aktivität bei nur sehr allmählicher Abnahme im Verlauf der Zeit aufweisen, verglichen mit den frühen M-Zwergen, bei denen die UV-Strahlung schneller abfällt als die M-Zwerge Sterne Alter.

Die UV-Strahlung ist bei den frühen M-Zwergen sehr unterschiedlich, bei den späten Sternen jedoch nicht. Dies könnte auf den Einfluss der Sternrotation zurückzuführen sein. Die untersten Massensterne sind vollständig konvektiv, was bedeutet, dass das Sternenmaterial in konvektiven Strömen über den ganzen Stern steigt und fällt. Höhere Massensterne werden in verschiedene Zonen aufgeteilt, mit einer strahlenden Zone sowie einer konvektiven Zone, in der sich die Energie durch Strahlung ausbreitet. Sterne beginnen ihr Leben, sich schnell drehend und dann im Laufe der Zeit herunterzudrehen, während sie durch den stellaren Wind Schwung verlieren. Der stellare Wind funktioniert in vollständig konvektiven Sternen nicht effizient, daher wird erwartet, dass die Sterne vom späten Typ viel länger rotieren als die Sterne vom frühen Typ. Die Rotation steht in direktem Zusammenhang mit der Aktivität, daher könnte dies erklären, warum tiefere Massensterne länger aktiv sind.

Schädlich für das Leben

Die Ergebnisse legen nahe, dass M-Zwerge mit geringerer Masse persistente UV-Strahlung haben, was die Möglichkeit des Lebens auf allen Planeten um die Erde, einschließlich denen um TRAPPIST-1 und Proxima Centauri, ausschließen könnte.

"Wenn die Menge des stellaren UV-Flusses, die auf einen Planeten einfällt, schädlich für das Leben auf diesem Planeten ist, dann könnten Früh-M-Zwerge begehrtere Orte sein, um nach Immobilien zu suchen", sagt Schneider. Auf den ersten Blick scheint es, dass unsere Arbeit darauf hindeutet, dass Sterne wie TRAPPIST-1 und Proxima Centauri aufgrund der längeren UV-Aktivität der niedrigsten Masse weniger wahrscheinlich bewohnbare Planeten haben Sterne, aber der Begriff der Bewohnbarkeit ist extrem kompliziert und neben dem UV-Fluss müssen viele andere Faktoren berücksichtigt werden. "

Neuere Forschungen eines Teams an der Harvard University, angeführt von Sukrit Ranjan, legen sogar nahe, dass Planeten um massearme Sterne möglicherweise nicht genug von der richtigen Art von UV-Strahlung bekommen, die für die präbiotische Chemie benötigt wird. "Ich denke, es ist noch zu früh, um sicher zu sagen, ob eine verlängerte UV-Aktivität für einen M-Zwerg vom späten Typ" gut "oder" schlecht "ist oder nicht", fügt Schneider hinzu

Die Studie "HAZMAT. III. Die UV-Entwicklung von mittleren bis späten M-Sternen mit GALEX" wurde im Astronomischen Journal veröffentlicht. Die Arbeit wurde durch das Habitable Worlds Programm der NASA unterstützt.NASA Astrobiologie bietet Ressourcen für Habitable Worlds und andere Forschungs- und Analyseprogramme innerhalb der NASA Science Mission Directorate (SMD), die Vorschläge für die Astrobiologieforschung einholen.