Op zoek naar buitenaards leven, beginnen wetenschappers te zoeken naar werelden die rond sterren draaien, zoals onze aarde - rond de zon. De constante warmte die de gloeiende gele bal aan de hemel ons geeft, heeft immers het leven op aarde mogelijk gemaakt.
Maar terwijl astronomen duizenden planeten blijven ontdekken, beseffen ze dat als (of wanneer) we tekenen van buitenaards leven vinden, het zeer waarschijnlijk is dat deze buitenaardse wezens rond een ster zullen cirkelen die heel anders is dan onze zon. Het zal roder, kouder, kleiner en lichter zijn dan onze ster. Dus, in de zoektocht naar buitenaards leven, richten veel astronomen hun blik op zulke kleine sterren die bekend staan als rode dwergen of M-dwergen.
Om te beginnen is het vermeldenswaard dat astronomen nooit veel om M-dwergen gaven. Na de ontdekking van de eerste planeet buiten het zonnestelsel in 1995, begonnen wetenschappers de jacht op de ware tegenhangers van de aarde: rotsachtige planeten vergelijkbaar met de onze die rond sterren draaien die vergelijkbaar zijn met onze zon. De zoektocht naar precies zulke systemen heeft astronomen gedurende een groot deel van de jaren 2000 geleid, zegt astronoom Phil Muarhead van de Boston University.
Toen realiseerden astronomen zich dat het misschien technisch gemakkelijker zou zijn om naar planeten rond M-dwergen te zoeken. Het vinden van een andere planeet is moeilijk, en astronomen vertrouwen op twee hoofdmethoden. Ten eerste zoeken ze naar de vermindering van de helderheid van de ster die optreedt wanneer een planeet ervoor passeert. Ten tweede meten astronomen een kleine wiebeling in een ster, veroorzaakt door de lichte aantrekkingskracht van een andere planeet. Beide methoden werken uitstekend met een planeet in een baan om een M-dwerg. Bovendien roteert het vaker, wat de kans op detectie vergroot.
M-dwergen hebben een flinke boost gekregen dankzij de Kepler-ruimtetelescoop, gelanceerd in 2008. De telescoop tuurt in een klein stukje hemel en zoekt naar plotselinge black-outs in sterren die optreden wanneer planeten voor hen passeren. Zo ontdekte de telescoop meer dan duizend planeten. "Kepler heeft alles veranderd", zegt Muarhed.
Omdat M-dwergsystemen gemakkelijker te detecteren zijn, zijn veel planeten in hun banen ontdekt door middel van selectie-effecten. Maar, zoals Muarhed terecht opmerkt, is Kepler ook ontworpen om te zoeken naar planeten ter grootte van de aarde in een baan om zonachtige sterren. Alleen nu duiden de cijfers er nog steeds op dat we naar leven moeten zoeken op planeten in de buurt van M-dwergen.
"Je vindt een potentieel bewoonbare planeet liever in de buurt van een M-dwerg dan in de buurt van een zonachtige ster", zegt astronoom Courtney Dressing van Harvard.
Promotie video:
Ze analyseerde hoeveel planeten ter grootte van de aarde - dat wil zeggen met een straal van een tot de helft van de aarde - rond M-dwergen draaien in een potentieel bewoonbare zone (de Goudlokje-zone, het gebied rond een ster waarin vloeibaar water op het oppervlak van de planeet kan bestaan). Volgens haar laatste berekeningen heeft een op de vier miljoen sterren zo'n planeet.
Dit is hoger dan de geschatte schatting voor aardachtige planeten die in een baan om analogen van de zon draaien, zegt de wetenschapper. Een analyse door astronoom Eric Pettiguere van de University of California in Berkeley toonde aan dat minder dan 10% van de zonachtige sterren planeten heeft met een straal van één tot twee aardes.
M-dwergen hebben nog een andere belangrijke eigenschap. Het zijn de meest voorkomende sterren in de melkweg, goed voor ongeveer 75% van de honderden miljarden sterren in de Melkweg. Als de schatting van Dressing juist is, zou ons melkwegstelsel ongeveer 100 miljard aardachtige planeten kunnen hebben die in de potentieel bewoonbare zone van M-type sterren draaien.
Houd er rekening mee dat deze schattingen veel beperkingen hebben. Ze zijn afhankelijk van wat wordt bedoeld met een potentieel bewoonbare zone, en deze is nog niet erg goed gedefinieerd. In de bewoonbare zone is het in de regel niet te warm, niet te koud en mag er vloeibaar water zijn. Maar er zijn ook veel bedenkingen over hoe goed de atmosfeer van de planeet water kan vasthouden (Venus, als er iets is, bevindt zich ook in een potentieel bewoonbare zone).
Met meer algemene schattingen die de potentieel bewoonbare zone uitbreiden, kunnen de Pettiguere-aantallen voor aardachtige planeten in zonachtige sterren wel 22% of meer bedragen. Maar de cijfers van Dressing zouden ook kunnen stijgen.
Aanvankelijk waren astronomen sceptisch over M-dwergen, omdat ze niet dachten dat zo'n ster een bewoonbare planeet zou kunnen hebben. Enerzijds zijn M-dwergen actiever, vooral tijdens de eerste miljard jaar van hun leven. Ze kunnen de planeet bombarderen met dodelijke ultraviolette straling. Ze kunnen krachtige stellaire fakkels uitzenden die de planeet van zijn atmosfeer beroven.
En aangezien de baan van de planeet dicht bij de M-dwerg zal liggen, kan de zwaartekracht van de ster de rotatie van de planeet om zijn as veranderen. Als zo'n planeet getijden geblokkeerd zou zijn, zou er aan de ene kant van de planeet een eeuwige dag zijn en aan de andere kant een eeuwige nacht. Het lichte deel van de planeet zal worden geroosterd, terwijl het donkere deel volledig zal bevriezen - niet de meest gastvrije omgeving voor het leven.
Buitenaards leven
Geen van deze vragen is volledig opgelost, en sommige astronomen beschouwen ze helemaal niet als ernstige problemen. Bijvoorbeeld Eomawa Shields van de University of California, Los Angeles. Bewoonbaarheid kan bijvoorbeeld afhangen van specifieke soorten en frequentie van uitbraken, die nog steeds niet goed worden begrepen. Computermodellen hebben ook aangetoond dat de atmosfeer warmte kan herverdelen, waardoor wordt voorkomen dat de donkere kant van de planeet bevriest.
In sommige opzichten kan de planeet rond de M-dwerg zelfs nog gastvrijer zijn dan het leek. Een bewoonde planeet moet veel water en ijs bevatten, en Shields analyseerde hoe het sterlicht van een M-dwerg in wisselwerking staat met de atmosfeer en het ijzige oppervlak van zo'n planeet. De M-dwerg produceert meer infraroodstraling dan een zonachtige ster, en aangezien de atmosfeer en het ijs van een planeet in een baan infrarood licht goed absorberen, zal de planeet niet zo snel bevriezen als een zonachtige ster. En zelfs als het vriest, zal het snel ontdooien.
Dit soort stabiel klimaat kan een bloeiend leven meer tijd geven om zich te ontwikkelen zonder verstoringen zoals snelle afkoeling of verwarming. Toch voegt Shields eraan toe dat de bevroren planeet niet levenslang ongemakkelijk hoeft te zijn. De aarde had immers de periode van de Sneeuwbalaarde meer dan 600 miljoen jaar geleden kunnen doorlopen.
Terwijl sommige astronomen M-dwergen blijven observeren, willen anderen nog steeds zonachtige sterren bestuderen. Momenteel wenden onderzoekers zich steeds meer tot de studie van M-type systemen. De missie van Kepler loopt ten einde, maar astronomen wachten op de Transitin Exoplanet Survey Satellite, die in 2017 begint. TESS gaat op zoek naar planeten rond heldere sterren, waaronder veel M-dwergen.
De James Webb-ruimtetelescoop, de opvolger van de Hubble-zaak, die in 2018 wordt gelanceerd, zou zelfs de atmosferen van dergelijke planeten kunnen analyseren. Volgens Muarhed zal deze telescoop echter alleen M-dwergen kunnen richten; er zijn nieuwe missies nodig om op zonachtige sterren te richten.
Naarmate de middelen steeds schaarser worden, zullen astronomen uiteindelijk moeten kiezen tussen focussen op M-dwergen en zonachtige sterren. De oplossing hangt af van wat ze de komende jaren aantreffen. Astronomen zijn ervan overtuigd dat ze, wat er ook gebeurt, een mogelijk bewoonbare planeet zullen vinden.
Wat het leven betreft, deze vraag is ingewikkelder. "Ik weet niet wanneer dit zal gebeuren, maar ik zou willen dat het eerder dan later zou gebeuren - en ik weet zeker dat het zal gebeuren", zegt Shields. "De enige vraag is of en wanneer er financiering komt."
