Sökandet efter utomjordiskt liv utanför vårt solsystem är för närvarande fokuserat på extrasolära planeter inom de "bebyggliga zonerna" i exoplanetära system runt stjärnor som liknar solen. Att hitta jordliknande planeter runt andra stjärnor är det primära målet för NASA: s Kepler Mission.
Den bebodda zonen (HZ) runt en stjärna definieras som intervallet av avstånd över vilka flytande vatten kan existera på ytan av en markplanet, med tanke på en tillräcklig tät atmosfär. Jordplaneter definieras generellt som steniga och liknar jorden i storlek och massa. Här visas en visualisering av de bebörliga zonerna runt stjärnor med olika diametrar och ljusstyrka och temperatur. Den röda regionen är för varm, den blå regionen är för kallt, men den gröna regionen är precis rätt för flytande vatten. Eftersom det kan beskrivas på detta sätt kallas HZ också för “Goldilocks Zone”.
Normalt tänker vi på planeter runt andra stjärnor som liknar vårt solsystem, där en retiné av planeter kretsar kring en enda stjärna. Även om det teoretiskt är möjligt diskuterade forskare huruvida planeter någonsin skulle hittas runt parpar eller flera stjärnsystem. Sedan i september 2011 meddelade forskare vid NASA: s Kepler-uppdrag upptäckten av Kepler-16b, en kall, gasformig, Saturnus-planet som kretsar kring ett par stjärnor, som Star Wars 'fiktiva Tatooine.
Den här veckan hade jag chansen att intervjua en av de unga kanonerna som studerade exoplaneter, Billy Quarles. Måndag presenterade Billy och hans medförfattare, professor Zdzislaw Musielak och docent Manfred Cuntz, sina resultat om möjligheten till jordliknande planeter i Kepler 16s bebyggda zoner och andra stjärnstjärnor på AAS-mötet i Austin, Texas .
"För att definiera den bebodliga zonen beräknar vi mängden flöde som inträffar på ett objekt på ett visst avstånd," förklarade Billy. ”Vi tog också hänsyn till att olika planeter med olika atmosfärer kommer att hålla värmen annorlunda. En planet med en riktigt svag växthuseffekt kan vara närmare stjärnorna. För en planet med en mycket starkare växthuseffekt kommer den bebodda zonen att vara längre ut. ”
”I vår särskilda studie har vi en planet som kretsar om två stjärnor. En av stjärnorna är mycket ljusare än den andra. Så mycket ljusare, att vi ignorerade flödet från den mindre svaga följeslagaren. Så vår definition av den bebodda zonen i detta fall är en konservativ uppskattning. ”
Quarles och hans kollegor utförde omfattande numeriska studier om den långsiktiga stabiliteten för planetbanor inom Kepler 16 HZ. "Stabiliteten i planetbanan beror på avståndet från de binära stjärnorna," sade Quarles. "Ju längre ut desto stabilare tenderar de att vara, eftersom det är mindre störningar från sekundärstjärnan."
För Kepler 16-systemet är planetbanor runt primärstjärnan endast stabila ut till 0,0675 AU (astronomiska enheter). "Det är långt inuti den inre gränsen för tillväxt, där den sprungna växthuseffekten tar över," förklarade Billy. Allt detta utesluter möjligheten till bebodda planeter i nära bana runt parets primära stjärna. Det de fann var att banor i Goldilocks-zonen längre ut, runt Kepler 16: s lågmassastjärnor, är stabila på tidsskalor på en miljon år eller mer, vilket ger möjligheten att livet kan utvecklas på en planet inom den HZ.
Kepler 16b: s ungefär cirkulära bana, cirka 65 miljoner miles från stjärnorna, ligger på ytterkanten av denna bebodda zon. Att vara en gasjätt, 16b är inte en bebodd jordisk planet. En jordliknande måne, a Goldilocks Moon, i omloppsbana runt denna planet skulle kunna upprätthålla liv om den var tillräckligt massiv för att behålla en jordliknande atmosfär. "Vi bestämde att en bebodd exomoon är möjlig i omloppsbana runt Kepler-16b," sade Quarles.
Jag frågade Quarles hur stellar evolution påverkar dessa Goldilocks-zoner. Han sa till mig: ”Det finns ett antal saker att tänka på under ett systems livstid. En av dem är hur stjärnan utvecklas över tiden. I de flesta fall börjar den bebodda zonen nära och drar sedan långsamt ut. ”
Under en stjärns huvudsekvenslivstid bygger kärnförbränning av väte upp helium i sin kärna, vilket orsakar en ökning av tryck och temperatur. Detta sker snabbare i stjärnor som är mer massiva och lägre i metallicitet. Dessa förändringar påverkar de yttre områdena av stjärnan, vilket resulterar i en jämn ökning av ljusstyrkan och effektiv temperatur. Stjärnan blir mer lysande och får HZ att röra sig utåt. Denna rörelse kan leda till att en planet inom HZ i början av en stjärns huvudsekvens livstid, blev för varm och så småningom obeboelig. På liknande sätt kan en ogästvänlig planet ursprungligen utanför HZ tina ut och göra det möjligt för livet att börja.
"För vår studie ignorerade vi den stellar evolutionen delen," sa huvudförfattaren, Quarles. "Vi körde våra modeller i en miljon år för att se var den bebodda zonen var för den delen av stjärnans livscykel."
Att vara på rätt avstånd från sin stjärna är bara en av de nödvändiga förutsättningarna som krävs för att en planet ska vara beboelig. Ovanliga förhållanden på en planet kräver olika geofysiska och geokemiska förhållanden. Många faktorer kan förhindra, eller hindra, vanlighet. Exempelvis kan planeten sakna vatten, tyngdkraften kan vara för svag för att behålla en tät atmosfär, graden av stora effekter kan vara för hög eller så kan det hända att de minsta ingredienserna som krävs för livet (fortfarande diskuteras) inte är där.
En sak är klar. Även med alla livskrav som vi känner till verkar det finnas massor av planeter runt andra stjärnor, och mycket troligt, Goldilocks månar runt planeter, som kretsar inom de bebörliga zonerna av stjärnor i vår galax, att detektering av signaturen om liv i atmosfären på en planet eller måne runt en annan sol verkar bara vara en tidsfråga nu.
