Wissenschaftler, die jenseits unseres Sonnensystems nach Anzeichen für Leben suchen, stehen großen Herausforderungen gegenüber. Eine davon ist, dass es allein in unserer Galaxie hunderte Milliarden Sterne gibt. Um die Suche einzugrenzen, müssen sie herausfinden, welche Sterntypen am wahrscheinlichsten bewohnbare Planeten besitzen. Eine neue Studie ergab, dass eine besondere Sternklasse – sogenannte K-Sterne – besonders vielversprechende Ziele für die Suche nach Anzeichen von Leben sein könnten. K-Sterne sind schwächer als die Sonne aber heller als die schwächsten Sterne.
Warum? Erstens haben K-Sterne eine sehr lange Lebensdauer von 17-70 Milliarden Jahren, was reichlich Zeit für die Entwicklung von Leben gibt. Zum Vergleich: Die Sonne hat eine Lebenserwartung von etwa zehn Milliarden Jahren. Zweitens zeigen K-Sterne in ihrer Jugend weniger extreme Aktivitäten als die schwächsten Sterne im Universum, die als M-Sterne oder Rote Zwerge bezeichnet werden.
M-Sterne bieten bei der Suche nach bewohnbaren Planeten einige Vorteile. Sie sind der häufigste Sterntyp in der Galaxie und machen etwa 75 Prozent aller Sterne im Universum aus. Sie sind auch sparsam mit ihrem Brennstoff und könnten über eine Billion Jahre lang leuchten. Ein Beispielexemplar für einen M-Stern, TRAPPIST-1, beherbergt sieben erdgroße Gesteinsplaneten.
Aber die turbulente Jugend der M-Sterne stellt potenzielles Leben vor Probleme. Stellare Flares – explosive Freisetzungen magnetischer Energie – sind bei jungen M-Sternen viel häufiger und energiereicher als bei jungen sonnenähnlichen Sternen. M-Sterne sind in ihrer Jugend bis etwa eine Milliarde Jahre nach ihrer Entstehung außerdem viel heller. Ihre Energie könnte Ozeane auf den potenziellen Planeten verdampfen lassen, die eines Tages in der habitablen Zone liegen.
„Ich denke, dass sich K-Sterne an einem idealen Punkt zwischen sonnenähnlichen Sternen und M-Sternen befinden“, sagte Giada Arney vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland). Arney wollte herausfinden, wie Biosignaturen auf einem hypothetischen Planeten in einer Umlaufbahn um einen K-Stern aussehen würden. Ihre Analyse wurde in den Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
Wissenschaftler betrachten die gleichzeitige Präsenz von Sauerstoff und Methan in einer planetaren Atmosphäre als eine starke Biosignatur, weil diese Gase gerne miteinander reagieren und sich gegenseitig zerstören. Wenn man sie also gemeinsam in einer planetaren Atmosphäre findet, spricht das Arney zufolge dafür, das etwas sie beide rasch nachproduziert, möglicherweise Leben.
Weil Planeten um andere Sterne so weit entfernt sind, müsste es dort allerdings große Mengen Sauerstoff und Methan in ihren Atmosphären geben, damit sie von Observatorien auf der Erde registriert werden können. Arneys Analyse ergab, dass die Sauerstoff-Methan-Biosignatur um einen K-Stern wahrscheinlich stärker ist als um einen sonnenähnlichen Stern.
Arney nutzte ein Computermodell, das die Chemie und die Temperaturen einer planetaren Atmosphäre simuliert, und wie diese Atmosphäre auf verschiedene Zentralsterne reagiert. Diese synthetische Atmosphäre wurde in ein Modell eingegeben, welches das planetare Spektrum simuliert, um zu zeigen, wie es für zukünftige Teleskope aussehen könnte.
„Wenn man den Planeten in eine Umlaufbahn um einen K-Stern setzt, zerstört der Sauerstoff das Methan nicht so schnell, so dass sich mehr davon in der Atmosphäre ansammeln kann“, sagte Arney. „Das liegt daran, dass das ultraviolette Licht des K-Sterns nicht hochgradig reaktive Sauerstoffgase produziert, die das Methan so schnell zerstören wie ein sonnenähnlicher Stern.“
Dieses stärkere Sauerstoff-Methan-Signal wurde auch für Planeten um M-Sterne vorausgesagt, aber aufgrund ihrer hohen Aktivitätslevel können M-Sterne keine bewohnbaren Welten beherbergen. K-Sterne bieten (verglichen mit sonnenähnlichen Sternen) den Vorteil einer höheren Wahrscheinlichkeit für den gleichzeitigen Nachweis von Sauerstoff und Methan, aber ohne die Nachteile, die mit einem M-Stern einhergehen.
Darüber hinaus werden Exoplaneten um K-Sterne leichter zu beobachten sein als jene um sonnenähnliche Sterne, weil K-Sterne einfach schwächer sind. „Die Sonne ist zehn Milliarden Mal heller als ein erdähnlicher Planet in ihrem Orbit. Das ist eine Menge Licht, das man unterdrücken muss, wenn man einen umkreisenden Planeten sehen will. Ein K-Stern könnte ’nur‘ eine Milliarde Mal heller sein als eine potenzielle Erde in seinem Orbit“, sagte Arney.
Arneys Forschungsarbeit umfasst auch die Erörterung, welche der nahen K-Sterne die besten Ziele für zukünftige Beobachtungen darstellen könnten. Weil wir aufgrund der enormen Entfernungen nicht die Möglichkeit haben, zu Planeten um andere Sterne zu reisen, sind wir darauf beschränkt, das Licht dieser Planeten zu analysieren, um nach einem Signal zu suchen, laut dem dort möglicherweise Leben vorhanden ist. Indem dieses Licht in seine einzelnen Farben zerlegt wird (Spektrum genannt), können Wissenschaftler die Bestandteile einer planetaren Atmosphäre identifizieren, weil verschiedene Substanzen jeweils bestimmte Wellenlängen emittieren und absorbieren.
„I denke, dass bestimmte nahe K-Sterne wie 61 Cyg A/B, Epsilon Indi, Groombridge 1618 und HD 156026 besonders gute Ziele für die zukünftige Suche nach Biosignaturen sein könnten“, sagte Arney.
(THK)
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