Das Chandra-Röntgenteleskop der NASA hat eine dreidimensionale Karte von sonnennahen Sternen erstellt, die Astronomen bei der Suche nach fremden Planeten helfen kann, die Leben beherbergen könnten.
Die von Chandra erstellte Karte – das gerade sein 25-jähriges Bestehen in der Umlaufbahn gefeiert hat, aber mit einer beunruhigenden Budgetkrise konfrontiert ist – könnte Wissenschaftlern Aufschluss darüber geben, auf welche Exoplaneten künftige Teleskope gerichtet werden sollten, um nach bewohnbaren Bedingungen zu suchen.
Die vom Teleskop kartierten Sterne sind in konzentrischen Ringen um die Sonne angeordnet, in Entfernungen zwischen 16,3 Lichtjahren und 49 Lichtjahren. Dies ist nahe genug, dass Teleskope Lichtwellenlängen oder „Spektren“ von Planeten in den bewohnbaren Zonen dieser Sterne auffangen könnten. Die bewohnbare Zone oder „Goldlöckchen-Zone“ ist eine Region um einen Stern, die weder zu heiß noch zu kalt ist, um die Existenz von flüssigem Wasser auf der Oberfläche einer Welt zu ermöglichen.
Eine von Chandra erstellte dreidimensionale Karte von Sternen in Sonnennähe. (Bildnachweis: NASA/Chandra)
Die Spektren dieser Planeten, die entstehen, wenn das Sternenlicht durch ihre Luft scheint, könnten möglicherweise Oberflächenmerkmale wie Kontinente und Ozeane sowie atmosphärische Merkmale wie Wolken und chemische Inhaltsstoffe offenbaren.
Chandras Röntgenstrahlen sind der Schlüssel zur Auswahl der Planeten, die auf ihre mögliche Bewohnbarkeit untersucht werden sollen. Hochenergetisches Licht wie Röntgen- und Ultraviolettstrahlung kann die Atmosphäre eines Planeten zerstören und auch die komplexen Moleküle, die als Bausteine für Lebewesen benötigt werden, zersetzen, was seine Bewohnbarkeit beeinträchtigen würde.
Wenn Chandra also einen Planeten sieht, der unter starkem Röntgenbeschuss steht, können die Wissenschaftler daraus schließen, dass es sich nicht um die beste Welt für die Suche nach außerirdischem Leben handelt.
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„Ohne die Charakterisierung der Röntgenstrahlung seines Wirtssterns würde uns ein Schlüsselelement dafür fehlen, ob ein Planet wirklich bewohnbar ist oder nicht“, sagte Breanna Binder von der California State Polytechnic University, die Leiterin des Teams hinter der neuen Karte, in einer Erklärung. „Wir müssen uns ansehen, welche Art von Röntgendosis diese Planeten erhalten“.
Röntgenstrahlen sind eine schlechte Nachricht für das Leben, selbst in Goldlöckchen-Zonen
Binder und Kollegen erstellten ihre Karte, indem sie zunächst mit einer Liste von 57 Sternen begannen, die nahe genug an unserem Sonnensystem liegen, damit zukünftige Teleskope im Weltraum, wie das Habitable Worlds Observatory, und auf der Erde, wie das Extremely Large Telescope (ELT), Planeten abbilden können, die in ihren Goldilocks-Zonen kreisen.
Dass sich ein Planet in der bewohnbaren Zone befindet, ist jedoch keine Garantie dafür, dass er gastfreundlich ist. Venus und Mars liegen beide in der bewohnbaren Zone der Sonne, auf beiden Seiten der Erde, aber die Marsoberfläche scheint für Leben, wie wir es kennen, ungeeignet zu sein, und die überhitzte Venus ist geradezu lebensfeindlich.
Um die Liste einzugrenzen, nutzte das Team die Daten von 10 Tagen Chandra-Beobachtungen und 26 Beobachtungstagen des XMM-Newton-Weltraumteleskops der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), um zu sehen, wie hell die Sterne im Röntgenlicht sind. Anschließend bestimmten sie, wie energiereich diese Röntgenstrahlen sind und wie schnell sich die Röntgenemission der Sterne verändert.
Je heller und energiereicher die Röntgenstrahlung ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass umkreisende Exoplaneten ernsthafte Schäden an ihrer Atmosphäre erlitten oder sie ganz verloren haben. „Wir haben Sterne identifiziert, bei denen die Röntgenstrahlung in der bewohnbaren Zone ähnlich oder sogar milder ist als bei der Entwicklung der Erde“, erklärt Sarah Peacock von der University of Maryland. „Solche Bedingungen könnten eine Schlüsselrolle bei der Aufrechterhaltung einer reichhaltigen Atmosphäre, wie sie auf der Erde zu finden ist, spielen“.
Eine Illustration zeigt einen Exoplaneten, der einen Stern umkreist, der ihn mit Röntgenstrahlen bombardiert, wodurch seine Atmosphäre zerstört wird. (Bildnachweis: K. Ivanov)
Einige der vom Team untersuchten Sterne werden bereits von Exoplaneten umkreist, die eine ähnliche Masse und Größe wie die Giganten des Sonnensystems Jupiter, Saturn, Neptun und Uranus haben, wobei eine Handvoll Kandidaten weniger als die Hälfte der Masse der Erde haben.
Es könnte in diesen Systemen auch Planeten mit Massen und Größen geben, die mit denen der Erde kompatibler sind und derzeit noch unentdeckt sind.
Eine Animation zeigt einen Exoplaneten, der die Oberfläche seines Sterns kreuzt oder „durchquert“. (Bildnachweis: Science Photo Library via Getty Images)
Planeten von Erdgröße in diesen Systemen könnten von der zuverlässigsten Methode zur Entdeckung von Exoplaneten, der Transitmethode, übersehen worden sein. Diese Methode beruht darauf, dass ein Planet die Oberfläche seines Sterns kreuzt oder „durchquert“ und dabei eine winzige Delle in der Lichtausbeute des Sterns verursacht.
Dies hängt davon ab, dass sich ein Planet zwischen seinem Stern und der Erde befindet, was bedeutet, dass einige Systeme einfach nicht richtig ausgerichtet sind, um Welten mit der Transitmethode zu sehen. Die Technik ist besser geeignet, massive Planeten in der Nähe ihres Sterns aufzuspüren, so dass kleinere Welten, die relativ weit entfernt kreisen, übersehen werden könnten.
Die andere primäre Methode zur Entdeckung von Exoplaneten, die Radialgeschwindigkeitsmethode, beruht auf der Entdeckung des „Taumelns“, das ein Planet verursacht, wenn er seinen Stern umkreist und durch seine Schwerkraft an ihm zerrt. Auch bei dieser Methode werden massereiche Planeten in der Nähe ihres Sterns bevorzugt, die ein stärkeres Taumeln verursachen.
„Wir wissen nicht, wie viele erdähnliche Planeten auf den Bildern der nächsten Teleskopgeneration entdeckt werden, aber wir wissen, dass die Beobachtungszeit für sie kostbar und extrem schwierig zu beschaffen sein wird“, schloss Edward Schwieterman, Mitglied des Teams und Forscher an der University of California, Riverside. „Diese Röntgendaten tragen dazu bei, die Liste der Ziele zu verfeinern und zu priorisieren und könnten es ermöglichen, das erste Bild eines erdähnlichen Planeten schneller zu erhalten“, so Schwieterman.
