Buitenaards leven - exoplaneten

Nieuwe klasse exoplaneten stap voorwaarts in zoektocht naar buitenaards leven

Nieuwe klasse van exoplaneten gedefinieerd
Astronomen hebben een nieuwe klasse van bewoonbare exoplaneten geïdentificeerd, de Hyceaanse planeten. Het zijn warme met oceanen bedekte planeten met een waterstofrijke atmosfeer. Ze zouden een grote stap voorwaarts kunnen zijn in de zoektocht naar buitenaards leven. Credit: Amanda Smith, University of Cambridge

Astronomen hebben een geheel nieuwe klasse van bewoonbare planeten gedefinieerd die de zoektocht naar buitenaards leven zouden kunnen versnellen.

In de zoektocht naar leven buiten ons zonnestelsel hebben astronomen voornamelijk gezocht naar planeten die qua grootte, massa, temperatuur en atmosferische samenstelling voor op de Aarde lijken. Astronomen van de universiteit van Cambridge denken echter dat er meer mogelijkheden voor leven zijn.

De onderzoekers hebben een nieuwe klasse van bewoonbare planeten gedefinieerd die ze “Hyceaanse planeten” noemen. Het zijn warme, met oceanen bedekte planeten die een waterstofrijke atmosfeer hebben. Van die planeten zijn er veel meer gevonden dan planeten die op de Aarde lijken. De term is een samentrekking van “Hydrogen”(waterstof) en “Ocean”.

De onderzoekers schrijven in een artikel in de Astrophysical Journal dat dit betekent dan men binnen twee of drie jaar biosignaturen van leven buiten ons zonnestelsel verwacht te vinden.

Veel van de eerste Hyceaanse kandidaten die door de onderzoekers zijn geïdentificeerd zijn groter en warmer dan de Aarde maar hebben nog steeds de karakteristieken om grote oceanen te hebben waar microbiologisch leven zoals wij dat kennen mogelijk te maken.

Deze planeten hebben, vergeleken met aardse planeten, ook een grotere bewoonbare zone. Dit betekent dat er leven mogelijk is zelfs als zich voorbij de zone bevinden waar een aardse planeet zou moeten zijn om bewoonbaar te zijn.

Sinds de ontdekking van de eerste exoplaneet, ongeveer 30 jaar geleden, zijn er duizenden exoplaneten gevonden. De overgrote meerderheid heeft een grootte tussen de Aarde en Neptunus in en ze worden dan vaak ook ‘super-Aardes” of mini-Neptunussen” genoemd. Het zijn planeten die voornamelijk bestaan uit gesteente of het zijn ijsreuzen die een waterstofrijke atmosfeer hebben of het is iets er tussenin.

De meeste mini-Neptunussen zijn meer dan 1,6 keer zo groot als de Aarde. Ze zijn kleiner dan Neptunus maar te groot om een rotsachtig binnenste te hebben zoals de Aarde. Eerdere studies van dergelijke planeten wezen uit dat de druk en de temperatuur beneden hun waterstofrijke atmosferen te hoog zou zijn om leven te ondersteunen.

Tijdens een recent onderzoek van de mini-Neptunus K2-18b vonden de onderzoekers echter dat dergelijke planeten onder bepaalde condities toch leven zouden kunnen herbergen. Dit resultaat leidde tot een gedetailleerd onderzoek naar de volledige range van planetaire en stellaire eigenschappen waar deze omstandigheden zich kunnen voorkomen, welke exoplaneten aan deze omstandigheden voldoen en of hun biosignaturen waarneembaar zouden zijn.

Hun onderzoek leidde ertoe dat de astronomen een nieuwe klasse van exoplaneten konden definiëren: de Hyceaanse planeten. Deze planeten hebben grote uitgestrekte oceanen en een waterstofrijke atmosfeer. Hyceaanse planeten kunnen tot 2,6 keer groter zijn dan de Aarde en een atmosferische temperatuur hebben tot 200 °C maar de omstandigheden in hun oceanen zouden vergelijkbaar zijn met die op sommige plekken in de aardse oceanen waar nog microbiologisch leven voorkomt. Onder deze exoplaneten kunnen zich ook Hyceaanse planeten bevinden die in een gebonden rotatie om hun ster draaien waardoor er alleen gunstige omstandigheden zijn aan hun permanente nachtzijdes. Ook kunnen er koude Hyceaanse werelden zijn die weinig straling van hun ster ontvangen.

De huidige bekende populatie exoplaneten wordt gedomineerd door planeten met deze grootte maar ze zijn nog lang niet allemaal zo gedetailleerd bestudeerd als de super-Aardes. Het lijkt erop dat Hyceaanse planeten redelijk algemeen zijn en dat betekent dat het eigenlijk de beste plekken zijn om naar leven te zoeken.

De grootte is echter niet voldoende om te bevestigen dat het om een Hyceaanse planeet gaat. Andere aspecten zoals massa, temperatuur en atmosferische eigenschappen zijn medebepalend.

Om de omstandigheden op een planeet te bepalen die vele lichtjaren van ons is verwijderd moeten astronomen eerst weten of die planeet zich in de bewoonbare zone van zijn ster bevindt. Daarna moeten ze zoeken naar signalen van bepaalde moleculen om zo de structuur van de atmosfeer en zijn binnenste te bepalen. Deze twee bepalen de omstandigheden aan het oppervlak, de aanwezigheid van oceanen en de mogelijkheden voor leven.

Astronomen kijken ook naar bepaalde biosignaturen die duiden op de mogelijkheid voor leven. Meestal zijn dit zuurstof, ozon, methaan en lachgas. Deze komen allemaal op Aarde voor. Maar er zijn ook een aantal andere biomarkers zoals methylchloride en dimethylsulfide die op Aarde minder veel voorkomen maar die wel gezien worden als indicatoren voor leven op planeten met een waterstofrijke atmosfeer waar zuurstof en ozon minder veel in voorkomen,

Tot nu toe werd bij aardse planeten gezocht naar deze biomarkers maar astronomen denken dat Hyceaanse planeten beter geschikt zijn om sporen van dergelijke biomarkers te vinden.

De onderzoekers vonden ook dat een aantal aardse biomarkers waarvan men verwacht dat ze in Hyceaanse atmosferen voorkomen in de nabije toekomst relatief eenvoudig met spectroscopische technieken zijn aan te tonen. Het feit dat deze planeten groter zijn, hogere temperaturen hebben en een waterstofrijke atmosfeer bezitten zorgt ervoor dat hun atmosferen beter zijn te onderzoeken dan die van aardse planeten.

Het onderzoeksteam van de universiteit van Cambridge stelde een omvangrijke groep potentiële Hyceaanse exoplaneten op die uitstekend geschikt zijn om met de volgende generatie telescopen, zoals de later dit jaar te lanceren James Webb Space Telescope, te onderzoeken. Deze planeten draaien allemaal om rode dwergen die 35 tot 150 lichtjaar van ons zijn verwijderd. Geplande waarnemingen met de JWST van de meest veelbelovende kandidaat, K2-18b, zouden kunnen leiden tot de detectie van een of meerdere biosignatuurmoleculen.

Artikel: Habitability and Biosignatures of Hycean Worlds, Astrophysical Journal (2021)

Eerste publicatie: 26 augustus 2021
Bron: universiteit van Cambridge