Aardachtige atmosfeer niet mogelijk op Proxima b

Artist impression van Proxima b

Artist impression van een planeet in een baan om Proxima Centauri, de meest nabije ster tot de Zon. Credit: ESO/M. Kornmesser.

Proxima b is een planeet met de grootte van de Aarde die zich in de bewoonbare zone bevindt van de meest nabije ster. De planeet kan hoogst waarschijnlijk geen atmosfeer als de Aarde in stand houden omdat het oppervlak van de planeet wordt blootgesteld aan grote hoeveelheden schadelijke straling van zijn ster waardoor de kansen op de mogelijkheden voor leven gigantisch worden gereduceerd.

De ster Proxima Centauri bevindt zich op een afstand van ongeveer 4 lichtjaar van de Zon. Er zijn nog geen waarnemingen gedaan van de planeet als die voorlangs de ster trekt dus er is nog geen informatie bekend over de atmosfeer van de planeet. Wetenschappers baseren zich daarom op modellen om te begrijpen of een planeet bewoonbaar is of niet.

Eén van de gebruikte computermodellen is gebaseerd op wat er zou gebeuren als de Aarde om Proxima Centauri heen zou draaien op een afstand die gelijk is aan die van Proxima b. Het onderzoek, dat 24 juli 2017 werd gepubliceerd in The Astrophysical Letters, suggereert dat de atmosfeer van de Aarde niet zou overleven in de nabijheid van de gewelddadige rode dwerg Proxima Centauri.

Dat Proxima b’s baan zich in de bewoonbare zone van de ster bevindt, dit is de zone waar vloeibaar water aan het oppervlak van de planeet kan voorkomen, wil nog niet zegen dat de planeet bewoonbaar is. Het zegt bijvoorbeeld helemaal niks of er vloeibaar water op de planeet voorkomt of dat de planeet een atmosfeer heeft. Atmosferen zijn belangrijk voor leven zoals wij dat kennen. De juiste atmosfeer zorgt voor een klimaat en zorgt voor een voor water noodzakelijke druk aan het oppervlak waarbij het oppervlak ook nog eens wordt beschermd voor schadelijke straling uit de ruimte en waarin zich bouwstenen voor leven kunnen vormen.

De onderzoekers modelleerden de zwaartekracht van de Aarde, het magneetveld en de atmosfeer naar Proxima b. Ze berekenden ook hoeveel straling Proxima Centauri gemiddeld produceert. Ze gebruikten hiervoor gegevens van de Chandra Röntgensatelliet die in een baan om de Aarde draait. Met behulp van deze gegevens simuleerden ze hoe de sterke straling en het regelmatig opvlammen van de ster de atmosfeer van de exoplaneet beïnvloedt.

De vraag is hoe veel van de atmosfeer is verdwenen en hoe snel dit proces plaatsvindt. Door die tijd te schatten kan men berekenen hoelang het duurt alvorens de complete atmosfeer is verdwenen en dat kan dan weer vergeleken worden met de leeftijd van de planeet.

Proxima Centauri is een actieve rode dwerg die door het uitzenden van grote hoeveelheden extreem violette straling de gassen in de atmosfeer van de exoplaneet ioniseert waardoor er elektronen verdwijnen en waarbij veel elektrisch geladen deeltjes ontstaan. In dit proces krijgen de nieuw gevormde elektronen voldoende energie om van de planeet te ontsnappen.

Tegengestelde krachten trekken elkaar aan en zo nemen de meer negatief geladen elektronen als ze de atmosfeer verlaten ook positief geladen deeltjes mee naar de ruimte.

Proxima heeft in de bewoonbare zone van Proxima Centauri te maken met enorme hoeveelheden extreem ultraviolette straling die honderden keren groter is dan de straling die de Aarde van de Zon ontvangt. Die straling is sterk genoeg om niet alleen de lichtste moleculen uit te atmosfeer te strippen maar, na verloop van tijd, ook de zwaardere elementen als zuurstof en stikstof. Het model laat zien dat de sterke straling van Proxima Centauri een aardachtige atmosfeer ongeveer 10.000 * sneller stript als wat er op Aarde gebeurd.

Volgens de onderzoekers was het een eenvoudige berekening op basis van de gemiddelde activiteit van de ster waarbij er geen rekening is gehouden met variaties als de extreme temperatuur van de atmosfeer van de ster en de gewelddadige verstoringen in het magneetveld van de ster die vermoedelijk zorgen voor een nog snellere afbraak van de atmosfeer van een exoplaneet.

Om te onderzoeken hoe dit proces kan variëren keken de wetenschappers naar twee andere factoren de het verlies van een atmosfeer kunnen versnellen. De eerste factor was de temperatuur van de neutrale atmosfeer, de thermosfeer. Ze ontdekten dat als de temperatuur van de thermosfeer toeneemt als gevolg van straling van de ster de atmosfeer sneller verdwijnt.

Ook namen de wetenschappers de grootte van het gebied waar de atmosfeer ontsnapt, de poolkap, mee in de berekeningen. Planeten zijn aan de polen het meest gevoelig voor magnetische effecten. Als de magnetische veldlijnen gesloten zijn dan zullen geladen deeltjes aan de polen niet kunnen ontsnappen. Als de magnetische veldlijnen geopend zijn dan is ontsnappen uit de atmosfeer heel eenvoudig.

De onderzoekers toonden aan dat bij de hoogste temperaturen van de thermosfeer en volledig geopende magnetische veldlijnen de complete atmosfeer van de Aarde binnen 100 miljoen jaar kan verdwijnen. Dit is slechts een fractie van de geschatte leeftijd van 4 miljard jaar van Proxima b. Als er in de berekeningen wordt uitgegaan van de laagste temperatuur en een gesloten magneetveld dan zou het ongeveer 2 miljard jaar duren alvorens de complete atmosfeer van de Aarde zou zijn verdwenen.

Het kan interessant worden als een exoplaneet zijn atmosfeer kan vasthouden maar de berekende verliezen bij Proxima b zijn zo groot dat bewoonbaarheid niet heel erg logisch lijkt. Het onderzoek trekt sowieso de bewoonbaarheid van planeten bij rode dwergen in het algemeen in twijfel.

Rode dwergen als Proxima Centauri en TRAPPIST-1 zijn favoriet in de zoektocht naar exoplaneten. Het zijn relatief koele sterren en ze zijn klein en er zijn er heel veel van. Omdat ze kouder en zwakker zijn bevindt de bewoonbare zone zich erg dicht bij de ster.

Als het atmosferische verlies niet wordt tegen gegaan door een ander proces zoals een sterke vulkanisch activiteit of een bombardement door kometen dan lijkt het dat de nabijheid tot de ster niet veelbelovend is voor het vasthouden van een atmosfeer.

Meer informatie: K. Garcia-Sage et al. On the Magnetic Protection of the Atmosphere of Proxima Centauri b, The Astrophysical Journal (2017). DOI: 10.3847/2041-8213/aa7eca

 

Eerste publicatie: 1 augustus 2017
Bron: diverse persberichten, 31 juli 2017