Metaalarme sterren zijn geschikter voor leven
Atmosferische ozon en zuurstof beschermen de biosfeer van onze planeet tegen schadelijke ultraviolette straling. In nieuw onderzoek hebben astronomen atmosferen gemodelleerd van aardachtige exoplaneten die worden gehost door sterren met bijna-zonnetemperaturen – tussen 5300 K en 6300 K – en een breed scala aan metalliciteiten die bekende exoplaneet-gaststerren dekken; ze ontdekten paradoxaal genoeg dat hoewel metaalrijke sterren aanzienlijk minder ultraviolette straling uitzenden dan metaalarme sterren, het oppervlak van hun planeten wordt blootgesteld aan intensere ultraviolette straling.
Complex, meercellig leven op land heeft zuurstof nodig waaruit ozon wordt gevormd, wat leidt tot een aanvaardbaar niveau van ultraviolette straling aan de oppervlakte voor zijn ontwikkeling en evolutie.
Stellaire emissie en planetaire ultraviolette bescherming zijn afhankelijk van de effectieve temperatuur van de gastster.
Terwijl voor een jonge planeet blootstelling aan ultraviolet essentieel kan zijn voor abiogenese, veroorzaken hoge niveaus van ultraviolet licht genomische schade en vormen ze een bedreiging voor alle levensvormen.
“We willen begrijpen welke eigenschappen een ster moet hebben om ervoor te zorgen dat zijn planeten een beschermende ozonlaag vormen”, zegt Dr. Anna Shapiro, astronoom aan het Max Planck Instituut voor onderzoek van het Zonnestelsel.
De onderzoekers zagen enorme pieken in intensiteit. Het is dus heel goed mogelijk dat ook de Zon tot zulke pieken in intensiteit in staat is. In dat geval zou ook de intensiteit van het ultraviolette licht dramatisch toenemen.
Ze vroegen zich dus af wat dit zou betekenen voor het leven op Aarde en hoe de situatie is in andere stersystemen.
In hun onderzoek onderzochten de auteurs de afhankelijkheid van het ultraviolet van het planeetoppervlak van de atmosferische zuurstofconcentratie en de stellaire metalliciteit voor sterren van drie spectraaltypen: G2V (5800 K, wat de Zon voorstelt), G5V (5300 K) en F7V 96300 K)
“In de atmosferische chemie van de Aarde speelt ultraviolette straling van de Zon een dubbele rol”, aldus Dr. Shapiro.
In reacties met individuele zuurstofatomen en zuurstof moleculen kan ozon zowel gecreëerd als vernietigd worden. Terwijl UV-B-straling met lange golven ozon vernietigt helpt UV-C-straling met korte golven bij het maken van beschermende ozon in de middenatmosfeer.
Het was daarom redelijk om aan te nemen dat ultraviolet licht ook een dergelijke complexe invloed kan hebben op de atmosfeer van exoplaneten. De precieze golflengtes zijn cruciaal.. “De resultaten waren verrassend”, aldus de astronomen.
Over het geheel genomen zenden metaalarme sterren meer UV-straling uit dan hun metaalrijke tegenhangers. Maar de verhouding tussen ozongenererende UV-C-straling en ozonvernietigende UV-B-straling hangt ook sterk af van de metalliciteit: bij metaalarme sterren overheerst de UV-B-straling, waardoor zich een dichte ozonlaag kan vormen. Bij metaalrijke sterren met hun overheersende UB-B-straling is dit beschermende omhulsel veel dunner.
Anders dan verwacht zouden metaalarme sterren dus gunstiger omstandigheden moeten bieden voor het ontstaan van leven. Maar het onderzoek levert ook een bijna paradoxale conclusie op want naarmate het heelal ouder wordt zal het waarschijnlijker steeds vijandiger worden voor leven.
Metalen en andere zware elementen worden binnenin sterren gevormd aan het eind van hun miljardenjarige levensduur en komen – afhankelijk van de massa van de ster – vrij in de ruimte als stellaire wind of in een supernova-explosie: het bouwmateriaal voor de volgende generatie sterren.
Elke nieuw gevormde ster heeft dus meer metaalrijk bouwmateriaal beschikbaar dan zijn voorgangers en zo worden sterren in het heelal bij elke generatie metaalrijker.
Volgens het onderzoek van de astronomen neemt de kans dat stersystemen leven voortbrengen dus ook af naarmate het heelal ouder wordt. Maar toch is de zoektocht naar leven niet hopeloos want veel gaststerren met exoplaneten zijn in leeftijd vergelijkbaar met de Zon en van die ster weten we dat die complexe en interessante levensvormen heeft op minstens een van zijn planeten.
Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.
Artikel: A.V. Shapiro et al. 2023. Metal-rich stars are less suitable for the evolution of life on their planets. Nat Commun 14, 1893; doi: 10.1038/s41467-023-37195-4
Eerste publicatie: 22 april 2023
Bron: sci-news
