Er is misschien wel buitenaards leven op planeten waar we het juist niet verwachten

Volgens een nieuwe studie zou buitenaards leven juist kunnen voorkomen in een onverwacht type sterrensysteem. Planeten rond sterren met minder “metalen”, de term voor elementen die zwaarder zijn dan waterstof en helium, zijn wellicht beter bewoonbaar dan planeten rondom metaalrijke sterren, aldus het onderzoek, dat zich richtte op de rol van ultraviolette straling (UV) bij de bewoonbaarheid van planeten. Veel onderzoekers gingen er tot nu toe van uit dat planeten bij metaalrijke sterren het meest geschikt zijn om naar tekenen van leven te zoeken, vooral omdat onze zon tot deze klasse behoort.

De verrassende vondst kan van pas komen bij de zoektocht naar buitenaardse wezens. Ook kan het gevolgen hebben voor ons begrip van de algemene bewoonbaarheid van het heelal in de loop der tijd.

Je kan sterren zien als een soort elementaire fabrieken die in hun buik materialen smeden door atomen samen te persen, in een proces dat nucleosynthese wordt genoemd. De eerste sterren in het heelal bestonden voornamelijk uit de lichtste elementen, waterstof en helium, maar elke nieuwe generatie sterren heeft zwaardere elementen gemaakt, zoals goud, koolstof en ijzer. De zware elementen, metalen genoemd, worden in de ruimte uitgestrooid wanneer de sterren sterven, en worden vervolgens opgenomen in nieuwe sterren die uit deze stellaire as ontstaan.

Nu hebben wetenschappers onder leiding van Anna Shapiro, astrofysica aan het Max Planck Instituut voor Zonnestelselonderzoek, het verband onderzocht tussen de metalliciteit van sterren en de kans dat hun planeten bewoonbaar zijn. Het team heeft met name als eerste een model gemaakt van het effect van de metalliciteit van sterren op de samenstelling van planeetatmosferen, in het bijzonder de productie van ozon, een molecuul dat schadelijke UV-straling tegenhoudt.

De resultaten brachten een bizarre paradox aan het licht: terwijl metaalarme sterren meer UV-straling uitzenden dan hun metaalrijke tegenhangers, hebben de planeten die rond deze sterren draaien wellicht robuustere ozonlagen die voorkomen dat dit schadelijke licht hun oppervlak bereikt. De onverwachte bevindingen “impliceren dat planeten bij sterren met een lage metalliciteit de beste doelen zijn om te zoeken naar complex leven op het land”, aldus een studie die dinsdag is gepubliceerd in Nature Communications.

“Ik denk dat dit de bewoonbaarheidszone wat smaller maakt,” zegt Anna Shapiro in een gesprek met Motherboard waarin ook co-auteur Alexander Shapiro, ook astrofysicus aan het Max Planck Instituut voor Zonnestelselonderzoek, aanwezig was. “Ons onderzoek toont aan dat het vinden van leven rond metaalarme sterren veelbelovender is vanuit het oogpunt van de stralingssignatuur.”

Toch benadrukken beide onderzoekers dat stellaire metalliciteit en UV-oppervlaktestraling slechts twee stukjes zijn van een veel grotere puzzel waarmee wetenschappers op zoek naar leven op andere werelden worden geconfronteerd. Hoewel de nieuwe studie laat doorschemeren dat stelsels met een lage metalliciteit wellicht gunstiger zijn voor leven, betekent dat niet dat we helemaal moeten stoppen met het zoeken naar aliens op planeten rond metaalrijke sterren die lijken op de zon.

“Ik zou niet zeggen dat we onze zoektocht naar bewoonbaarheid moeten beperken tot specifieke sterren,” merkt Alexander Shapiro op. “We moeten echt onze ogen openhouden voor verrassingen."

De nieuwe ontdekking van het team is inderdaad het hoogtepunt van een reeks verrassingen over de rol die UV-straling speelt bij de bewoonbaarheid van planeten. De oorsprong van de studie gaat terug tot 2020, toen een team van onderzoekers, onder wie Alexander Shapiro, ontdekte dat de zon minder actief is dan zijn soortgenoten in het melkwegstelsel. 

Als onderdeel van dat project onderzochten Shapiro en zijn collega's wat er zou kunnen gebeuren als de zon in een hyperactieve toestand zou geraken, en daardoor veel meer UV-straling uitspuwt. Je zou verwachten dat het leven op aarde door zo'n uitbarsting wordt bestraald, maar het team ontdekte dat de atmosfeer van planeten in zo'n situatie juist beter bestand is tegen schadelijk licht. 

“De paradox is dat de toename van de UV buiten de atmosfeer leidt tot de afname van de UV op de grond,” zei Alexander Shapiro.

Dit is een belangrijke bevinding omdat UV-licht een enorme tol kan eisen van levende wezens: als je ooit in slaap bent gevallen op het strand, heb je daar misschien wel eens een voorproefje van gehad. Blootstelling aan dit soort straling kan een hele reeks pijnlijke aandoeningen en dodelijke ziekten veroorzaken, waaronder kanker, staar, aandoeningen van het immuunsysteem en DNA-schade. Gelukkig wordt de aarde beschermd door een ozonlaag die een enorme hoeveelheid UV-straling absorbeert, waardoor complex meercellig leven op onze wereld kon ontstaan en kan voortbestaan.

Met dit in gedachten gingen Anna Shapiro en haar collega's op zoek naar het mogelijke verband tussen de metalliciteit van een ster en de potentiële UV-blootstelling van de oppervlakken van planeten in het systeem. Het team simuleerde een aantal aardachtige planeten die rond sterren draaien met oppervlaktetemperaturen van ongeveer 5000°C tot ongeveer 6000°C, wat vergelijkbaar is met onze zon. Deze planeten bevonden zich in de bewoonbare zones van hun systemen, een gebied waar vloeibaar water op hun oppervlak zou kunnen voorkomen.

Uit de resultaten bleek dat planeetlandschappen in metaalarme stersystemen beter beschermd zijn tegen UV-licht dan metaalrijke stelsels, ondanks het feit dat deze sterren over het algemeen meer van deze schadelijke straling produceren.

De vreemde ontdekking benadrukt het belang van het exacte type UV-licht dat door deze reeks sterren wordt uitgezonden. Een kortere band van het ultraviolette spectrum, UV-C genaamd, wordt geabsorbeerd door de bovenste atmosferen van planeten, waar het de ozonproductie versterkt. De UV-B-band daarentegen, die bestaat uit langere ultraviolette golflengten, vernietigt ozon en is de belangrijkste component van de schadelijke straling die het oppervlak van planeten zoals de aarde bereikt. 

Hoewel metaalarme sterren in het algemeen meer UV-licht uitstralen, produceren zij een hogere verhouding UV-C licht tot UV-B licht dan metaalrijke sterren, waardoor de ozonlaag aan de hemel van werelden in stelsels met een lage metalliciteit robuuster is.

“In het geval van hogere [stellaire] activiteit neemt de UV-C sterker toe dan de UV-B en daardoor neemt de productie van ozon toe,” legt Anna Shapiro uit. “Daarom wordt de ozonlaag dikker, en de dikkere ozonlaag kan meer UV-B absorberen.” 

De contra-intuïtieve bevindingen wijzen op een populatie van metaalarme systemen die planeten bevatten die omgeven zijn door dichte ozonlagen die UV-B-straling afweren, waardoor complexe levensvormen kunnen ontstaan en gedijen op de landschappen eronder. 

Aangezien metaalarme stelsels bij elke stellaire generatie zeldzamer worden, wijzen de resultaten er ook op dat planeten rond zonachtige sterren, de zogenaamde G-dwergen, in de toekomst onherbergzamer kunnen worden. 

“Wat onze studie aantoont, is dat het voor G-dwergen inderdaad mettertijd steeds moeilijker wordt om bewoonbaar te zijn,” zei Alexander Shapiro. Hij voegde er echter aan toe dat andere soorten sterren, zoals kleinere rode dwergen, mogelijk niet in dit patroon vallen. Daarom is het nog niet mogelijk bredere conclusies te trekken over hoe de bewoonbaarheid van het heelal zich in de toekomst zal ontwikkelen, hoewel dat met meer onderzoek kan veranderen.

Daarom zullen veel van deze spannende vragen waarschijnlijk worden beperkt door meer geavanceerde exoplaneetmodellen en beelden van observatoria van de volgende generatie, zoals de James Webb Space Telescope, die momenteel in gebruik is, of de PLATO-missie (PLAnetary Transits and Oscillations of stars), die in 2026 wordt gelanceerd.  

“Ik denk dat het echt spannend wordt, omdat we dan verschillende processen en de werking ervan kunnen controleren,” besloot Anna Shapiro.

Dit stuk verscheen oorspronkelijk op Motherboard.