De kans dat een planeet die rond een rode dwerg draait, vloeibaar water bevat is 30% groter dan tot nu toe gedacht. Erg goed nieuws, want maar liefst viervijfde van alle sterren is een rode dwerg. De kans op buitenaards leven is hiermee dan ook fiks gestegen.
In hun zoektocht naar aardachtige planeten rond andere sterren, zoeken astrobiologen naar planeten die vloeibaar water kunnen ondersteunen. Deze planeten moeten een gemiddelde temperatuur hebben die in de relatief nauwe temperatuursgrenzen op aarde valt. Over het algemeen nemen exobiologen aan dat deze temperaturen alleen in een nauwe schil om een ster kunnen bestaan: de zogenaamde Goldilocks-zone of bewoonbare (habitable) zone.
Oogbal Aarde en warme waterstofdeken?
We hebben overigens gezien dat met enig kunst- en vliegwerk deze zone flink opgerekt kan worden. Zo kunnen grotere planeten met een sterk broeikaseffect of stilstaande (’tidally locked’) planeten in ieder geval op een deel van hun oppervlak gastvrije temperaturen bieden. Zie onze artikelen hier en hier, al wijken deze planeten sterk af van de aarde. In het zonnestelsel reikt de bewoonbare zone van ongeveer de omloopbaan van Venus (0,7 AE) tot ongeveer twee keer de omloopbaan van Mars, d.w.z. de planetoïdengordel (3 AE). De omloopbaan van de aarde (1 AE) ligt hier uiteraard in, anders had ik dit stukje niet kunnen schrijven (of jij lezen).
Albedo cruciaal
Zo makkelijk is het echter niet om de grootte van de bewoonbare zone van een ster vast te stellen. Grootte en temperatuur van de ster zijn uiteraard cruciaal maar hangen ook sterk af van de omstandigheden op de exoplaneet zelf, vooral van het albedo: het percentage licht dat terug wordt weerkaatst, het heelal in. Hoe hoger het albedo (een ijsplaneet heeft bijvoorbeeld een albedo van 0,80; een zwart gat nul, een spiegel 1), hoe minder energie op de planeet achterblijft en dus hoe dichter bij de ster de bewoonbare zone ligt.
Sneeuw en ijs absorberen meeste warmtestraling
Astronomen Manoj Joshi van het National Centre for Atmospheric Science in Reading, UK, en Robert Haberle van het NASA Ames Research Centre in de buurt van San Francisco wijzen op een belangrijke nieuwe factor die de bewoonbare zone rond rode dwergsterren, 80% van alle sterren, enorm veel groter maakt.
Volgens Joshi en Haberle hangt de hoeveelheid licht die sneeuw en ijs weerkaatsen af van hun golflengte. De zon produceert de meeste stralingsenergie in de vorm van licht, dus in het voor ons zichtbare deel van het elektromagnetische spectrum. Logisch uiteraard, we zijn geëvolueerd in het zonlicht. We zouden er weinig aan hebben als we bijvoorbeeld röntgenstraling konden zien. Het albedo voor zichtbaar licht van sneeuw en ijs is respectievelijk 0,8 en 0,5.
Goed nieuws voor aliens met een kleine rode zon
De grote meerderheid, tachtig procent, van alle sterren in de hoofdreeks behoren echter tot de spectraalklasse M: rode dwergen. Deze stralen een veel groter deel van hun energie uit als infrarode straling. Wij nemen die waar als warmte. Het albedo van ijs en sneeuw op planeten die rond M-sterren zoals Gliese 436 en GJ 1214, op respectievelijk 33 en 40 lichtjaren afstand, draaien is veel lager voor infrarode straling dan voor zichtbare straling. Van ijs is deze 0,1 en voor sneeuw 0,4. Dat wil zeggen dat bijna twee keer zoveel energie wordt geabsorbeerd dan bij zichtbaar licht.
Met andere woorden: bevroren ijsplaneten absorberen veel meer energie dan op aarde. De fatale negatieve feedbackloop, die er op aarde toe leidt dat ijstijden totaal uit de hand lopen, is bij planeten die rond M-sterretjes draaien afwezig. Als een planeet als Mars dezelfde hoeveelheid straling zou ontvangen als nu, maar dan in de vorm van infraroodstraling door een rode dwerg, zouden de ijskappen snel smelten. Niet in het artikel genoemd is dat waterstof veel minder snel zou weglekken uit de atmosfeer, omdat infraroodstraling nauwelijks tot niet in staat is watermoleculen te splitsen. Wel moet dit af worden gewogen tegen de regelmatig voorkomende zware zonnevlammen op M-sterren.
Marsmannetjes?
Met andere woorden: was de zon een rode dwerg geweest, en hadden aarde en Mars even veel straling ontvangen als nu, dan hadden er heel wel Marsmannetjes kunnen bestaan die konden genieten van de grote oceaan die ooit op de plek van de noordelijke laagvlakte Utopia Planitia lag en hadden we geen ijstijden hier gehad. Het gevolg volgens beide heren: er zijn veel meer bewoonabre exoplaneten dan gedacht; de bewoonbare zone stijgt maar liefst met dertig procent in omvang van de ster af.
Ontdekking Aarde 2 nu stuk dichterbij
Spectaculair nieuws voor astrobiologen. M-sterren hebben behalve hun grote aantal namelijk nog een prettige kant. Ze zijn zo klein en licht, en de planeten draaien op zulke kleine afstanden van de ster, dat exoplaneten de ster meer laten wiebelen en dus veel makkelijker te ontdekken zijn rond een rode dwerg. Ook zijn rode dwergen veel lichtzwakker, waardoor ze planeten die er om heen draaien wat minder makkelijk overstralen. De nadruk op wat, want hun kortere afstand tot de ster maakt het aan de andere kant weer moeilijker om ze waar te nemen; per saldo is er toch een positief effect. Kortom: de kans is weer flink gestegen dat we een zusje van de aarde zullen waarnemen.
Video: Een kijkje op Aurelia, een hypothetische planeet die rond een rode dwergster draait