Steniga planeter som kretsar kring vita dvärgstjärnor kan vara de perfekta platserna att söka efter liv
Vissa mycket kraftfulla teleskop kommer att se första ljuset inom en snar framtid. En av dem är det efterlängtade rymdteleskopet James Webb (JWST.) En av JWST:s roller – och rollen för de andra kommande ’scopes också – är att leta efter biosignaturer i exoplaneternas atmosfärer. Nu visar en ny studie att att hitta dessa biosignaturer på exoplaneter som kretsar kring vita dvärgstjärnor kan ge oss vår bästa chans att hitta dem.
Den nya tidningen heter ' Högupplösta spektra och biosignaturer av jordliknande planeter som passerar vita dvärgar .” Huvudförfattare är Thea Kozakis, doktorand vid Cornell Universitys Carl Sagan Institute. Studien publiceras i Astrophysical Journal Letters .
'Vi visar vad de spektrala fingeravtrycken kan vara och vad kommande rymdbaserade och stora terrestra teleskop kan hålla utkik efter.'
Thea Kozakis, huvudförfattare, Cornell University
Vita dvärgar är spännande stjärnor, särskilt när det kommer till jakten på jordliknande planeter. Även om de anses vara stjärnrester – vilket betyder att de har upphört med fusion – lyser de fortfarande. Faktum är att vita dvärgar kan förbli stabila i miljarder år efter att de har slutat smälta samman element. Under miljarder år avger de sin lagrade termiska energi och värmer alla närliggande planeter. Det betyder att allt liv på planeter som kretsar kring dem har stabilitet och kommer inte att behöva ta itu med dödligt blossande eller andra farliga omständigheter.
En konstnärs illustration av en hypotetisk exoplanet som kretsar kring en röd dvärg. Röda dvärgar är benägna att bli kraftigt blossade och skulle göra det svårt för livet att överleva på exoplaneter som kretsar nära. Bildkredit: NASA/ESA/G. Bacon (STScI)
Vita dvärgar är också små, vilket innebär att teleskop inte behöver brottas med en enorm lysande sfär när de försöker studera planeter bredvid dvärgarna.
Nu har ett team av forskare kommit med en sorts verktygslåda för att hjälpa rymdteleskop och markteleskop leta efter tecken på liv på planeter runt vita dvärgar. Ett pressmeddelande kallar det 'en spektralfältsguide för dessa steniga världar.'
'Vi visar vad de spektrala fingeravtrycken kan vara och vad kommande rymdbaserade och stora terrestra teleskop kan hålla utkik efter', säger Thea Kozakis i ett pressmeddelande.
Solliknande stjärnor kan vara så ljusa att det är svårt att upptäcka planeter som kretsar kring dem. När en planet passerar framför sin stjärna, och när den transiteringen är mellan oss och stjärnan, då har rymdskepp som Kepler och TESS en chans att upptäcka dem. Det finns några problem med transitmetoden, men det har varit vårt mest framgångsrika sätt att hitta exoplaneter. Hittills finns det tusentals bekräftade exoplaneter.
'Genom att publicera den här typen av guide kan observatörer veta vad de ska leta efter.'
Thea Kozakis, huvudförfattare, Cornell University
En vit dvärg erbjuder sina egna utmaningar när det gäller att upptäcka planeter. Även om de inte är lika stora som en huvudsekvensstjärna, och därför inte lika ljusa, utgör deras lilla storlek ett annat problem. Med en så liten moderstjärna är det ännu svårare att se transiteringen av en kretsande planet. Det är också mindre troligt att en planet kommer att passera mellan oss och den lilla stjärnan.
Men det är fortfarande möjligt att upptäcka dem.
Att upptäcka saker runt vita dvärgar är en ganska ny utveckling inom astronomi. Nyligen observerade astronomer skräpskivor runt vita dvärgar för första gången. År 2015, ett team av astronomer hittade minst en sönderfallande planetesimal kretsar kring en vit dvärg. Under 2019, en annan studie presenterade bevis för planeter som kretsar kring en vit dvärg. Annan studie från 2019 presenterade bevis för att det finns ungefär 1 av 10 000 'spektroskopiskt detekterbara jätteplaneter i nära omloppsbanor runt vita dvärgar.'
Men vi vet inte riktigt hur många det finns förrän vi blir bättre på att upptäcka dem. I december 2019 fann astronomer en Neptunus-storlek planet som kretsar kring en vit dvärg , men i det fallet förstörde dvärgen långsamt planeten.
Astronomer har hittat en vit dvärgstjärna som verkar vara omgiven av en stympad gasskiva. Skivan skapades förmodligen av en gasplanet som slits isär av sin gravitation. Bildkredit: Warwick University.
Astronomer kommer sannolikt att hitta fler och fler planeter som kretsar kring vita dvärgstjärnor. Några av dem kommer att vara jordliknande. Och när de hittar dessa kommer de att vilja undersöka atmosfären efter tecken på liv. Det är där Kozakis nya studie kommer in.
'Stenplaneter runt vita dvärgar är spännande kandidater att karakterisera eftersom deras värdar inte är mycket större än planeter i jordstorlek,' sa Lisa Kaltenegger , docent i astronomi vid College of Arts and Sciences och chef för Carl Sagan Institute.
'Vi hoppas på och letar efter den typen av transit,' sa Kozakis. 'Om vi observerar en transitering av den typen av planet kan forskare ta reda på vad som finns i dess atmosfär, hänvisa tillbaka till detta dokument, matcha det med spektrala fingeravtryck och leta efter tecken på liv. Genom att publicera den här typen av guide kan observatörer veta vad de ska leta efter.”
Den här bilden från studien visar några av spektra i verktygslådan. Var och en av de sex rutorna presenterar spektra för olika element i en planets atmosfär, och visar också hur var och en skulle se ut runt en vit dvärg med olika ålder och temperatur. Bildkredit: Kozakis et al, 2020.
Vita dvärgar svalnar så småningom. Det tar lång tid, men så småningom blir de svarta dvärgar och avger ingen värme alls. För att ta hänsyn till de olika temperaturerna och färgerna hos vita dvärgar när de utvecklas, byggde forskarparet sin spektraguide runt tre temperaturer. De skriver, 'För att utforska WD-planetevolutionen under deras värds nedkylning, modellerar vi fotokemin och klimatet hos sådana planeter med hjälp av WD-spektralmodeller som beskrivs i Saumon et al. (2014) för WD-värdar på 6 000, 5 000 och 4 000 K.'
'Vi ville veta om ljus från en vit dvärg - en sedan länge död stjärna - skulle tillåta oss att upptäcka liv i en planets atmosfär om det fanns där,' sa Kaltenegger. De skapade också spektralmodeller för olika atmosfärer.
Denna studie fokuserar på spektrala biosignaturer skapade av metan, dikväveoxid och ozon. Att upptäcka dem är dock inte så enkelt. Det finns falska positiva att kämpa med. Ändå, denna studie '... expanderar vetenskapliga databaser för att hitta spektrala tecken på liv på exoplaneter...' som det står i ett pressmeddelande.
Men det finns fortfarande några övergripande frågor förknippade med potentiellt liv på planeter som kretsar kring vita dvärgar.
Innan en stjärna blir en vit dvärg går den igenom en röd jättefas. Stjärnan tappar så mycket massa att den inte kan hålla sig och expanderar. Vår egen sol kommer att gå igenom detta, och när den expanderar kommer den att konsumera Merkurius, Venus och kanske till och med jorden. Livet skulle sannolikt inte överleva denna tumultartade förändring. Så kan det verkligen finnas liv på en jordliknande planet som kretsar kring en vit dvärg?
Det finns massor av vita dvärgar, men skulle de kunna försörja livet? Detta är en konstnärs intryck av en vit dvärg (utbränd) stjärna som samlar upp stenigt skräp som lämnats efter av stjärnans överlevande planetsystem. Den observerades av Hubble i Hyades stjärnhop. Längst ner till höger kan man se en asteroid falla mot en Saturnus-liknande dammskiva som omger den döda stjärnan. Kredit: NASA, ESA och G. Bacon (STScI)
Ingen vet. Planeter kan migrera, och det är möjligt att en planet kan överleva sin stjärnas övergång från huvudsekvens till vit dvärg. Eller det är till och med möjligt att livet kan börja igen på en planet när dess värdstjärna har blivit en vit dvärg. När allt kommer omkring är vita dvärgar väldigt stabila och långlivade.
'Om vi skulle hitta tecken på liv på planeter som kretsar runt under ljuset från länge döda stjärnor,' sa Kaltenegger, 'så skulle nästa spännande fråga vara om livet överlevde stjärnans död eller började om igen - en andra tillkomst, om du vill .”
Mer:
- Pressmeddelande: Länge döda stjärnor kan ge ledtrådar till livet i kosmos
- Uppsats: Högupplösta spektra och biosignaturer av jordliknande planeter som passerar vita dvärgar
- Universum idag: Planet i Neptunusstorlek hittas kretsar kring en död vit dvärgstjärna. Här är den galna delen, planeten är 4 gånger större än stjärnan