Auf der Suche nach außerirdischem Leben suchen Wissenschaftler nach Welten, die sich um Sterne drehen, wie unsere Erde - um die Sonne. Schließlich hat die ständige Wärme, die der leuchtend gelbe Ball am Himmel uns gibt, das Leben auf der Erde ermöglicht.
Aber als Astronomen weiterhin Tausende von Planeten entdecken, erkennen sie, dass wenn (oder wann) wir Anzeichen von außerirdischem Leben finden, es sehr wahrscheinlich ist, dass diese Außerirdischen einen Stern umkreisen, der sich sehr von unserer Sonne unterscheidet. Es wird röter, kälter, kleiner und leichter als unser Stern. Auf der Suche nach außerirdischem Leben richten viele Astronomen ihren Blick auf so kleine Sterne, die als rote Zwerge oder M-Zwerge bekannt sind.
Für den Anfang ist es erwähnenswert, dass sich Astronomen nie sehr für M-Zwerge interessierten. Nach der Entdeckung des ersten Planeten außerhalb des Sonnensystems im Jahr 1995 begannen die Wissenschaftler mit der Suche nach den wahren Gegenstücken der Erde: felsigen Planeten ähnlich unseren, die sich um Sterne drehen, die unserer Sonne ähnlich sind. Die Suche nach solchen Systemen hat Astronomen in den 2000er Jahren weitgehend geführt, sagt der Astronom Phil Muarhead von der Boston University.
Dann erkannten die Astronomen, dass es technisch einfacher sein könnte, nach Planeten um M-Zwerge zu suchen. Es ist schwierig, einen anderen Planeten zu finden, und Astronomen verlassen sich auf zwei Hauptmethoden. Zunächst suchen sie nach der Abnahme der Sternhelligkeit, die auftritt, wenn ein Planet vor ihm vorbeizieht. Zweitens messen Astronomen das kleine Wackeln in einem Stern, das durch die leichte Anziehungskraft eines anderen Planeten verursacht wird. Beide Methoden funktionieren hervorragend mit einem Planeten, der einen M-Zwerg umkreist. Außerdem dreht es sich häufiger, was die Wahrscheinlichkeit seiner Erkennung erhöht.
M-Zwerge haben dank des 2008 gestarteten Kepler-Weltraumteleskops einen großen Schub erhalten. Das Teleskop blickt in ein kleines Stück Himmel und sucht nach einer plötzlichen Verdunkelung der Sterne, die auftreten, wenn Planeten vor ihnen vorbeiziehen. So entdeckte das Teleskop mehr als tausend Planeten. "Kepler hat alles verändert", sagt Muarhed.
Da M-Zwergsysteme leichter zu erkennen sind, wurden viele der Planeten in ihren Umlaufbahnen durch Auswahleffekte entdeckt. Wie Muarhed zu Recht betont, ist Kepler auch darauf ausgelegt, nach erdgroßen Planeten zu suchen, die sonnenähnliche Sterne umkreisen. Erst jetzt deuten die Zahlen noch darauf hin, dass wir auf Planeten in der Nähe von M-Zwergen nach Leben suchen müssen.
"Sie möchten lieber einen potenziell bewohnbaren Planeten in der Nähe eines M-Zwergs finden als in der Nähe eines sonnenähnlichen Sterns", sagt der Astronom Courtney Dressing aus Harvard.
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Sie analysierte, wie viele erdgroße Planeten - das heißt mit einem Radius von ein bis der Hälfte der Erde - sich in einer potenziell bewohnbaren Zone (der Goldlöckchen-Zone, der Region um einen Stern, in der flüssiges Wasser auf der Oberfläche des Planeten existieren kann) um M-Zwerge drehen. Nach ihren neuesten Berechnungen hat jeder vierte M-Stern einen solchen Planeten.
Dies ist höher als die geschätzte Schätzung für erdähnliche Planeten, die Analoga der Sonne umkreisen, sagt der Wissenschaftler. Eine Analyse des Astronomen Eric Pettiguere von der University of California in Berkeley hat gezeigt, dass weniger als 10% der sonnenähnlichen Sterne Planeten mit einem Radius von ein bis zwei Erden haben.
M-Zwerge haben eine weitere wichtige Eigenschaft. Sie sind die am häufigsten vorkommenden Sterne in der Galaxie und machen etwa 75% der Hunderte von Milliarden Sternen in der Milchstraße aus. Wenn Dressings Schätzung korrekt ist, könnte unsere Galaxie in der Größenordnung von 100 Milliarden erdähnlichen Planeten liegen, die in der potenziell bewohnbaren Zone von Sternen vom Typ M umkreisen.
Bitte beachten Sie, dass diese Schätzungen viele Einschränkungen aufweisen. Sie hängen davon ab, was unter einer potenziell bewohnbaren Zone zu verstehen ist, und dies ist noch nicht sehr genau definiert. In der Regel ist es in der bewohnbaren Zone nicht zu heiß, nicht zu kalt und es kann flüssiges Wasser vorhanden sein. Es gibt aber auch viele Vorbehalte, wie gut die Atmosphäre des Planeten Wasser halten kann (Venus befindet sich, wenn überhaupt, auch in einer potenziell bewohnbaren Zone).
Mit allgemeineren Schätzungen zur Erweiterung der potenziell bewohnbaren Zone könnten die Pettiguere-Zahlen für erdähnliche Planeten in sonnenähnlichen Sternen bis zu 22% oder mehr betragen. Aber auch die Zahlen von Dressing könnten steigen.
Anfangs standen Astronomen M-Zwergen skeptisch gegenüber, weil sie nicht glaubten, dass ein solcher Stern einen bewohnbaren Planeten haben könnte. Einerseits sind M-Zwerge vor allem in den ersten Milliarden Jahren ihres Lebens aktiver. Sie können den Planeten mit tödlicher ultravioletter Strahlung bombardieren. Sie können mächtige Sternfackeln abgeben, die den Planeten seiner Atmosphäre berauben.
Und da die Umlaufbahn des Planeten nahe am M-Zwerg liegt, kann die Schwerkraft des Sterns die Rotation des Planeten um seine Achse verändern. Wenn ein solcher Planet gezeitenblockiert wäre, gäbe es auf der einen Seite des Planeten einen ewigen Tag und auf der anderen eine ewige Nacht. Der helle Teil des Planeten wird geröstet, während der dunkle Teil vollständig gefriert - nicht die gastfreundlichste Umgebung fürs Leben.
Außerirdisches Leben
Keine dieser Fragen ist vollständig gelöst, und einige Astronomen betrachten sie überhaupt nicht als ernsthafte Probleme. Zum Beispiel Eomawa Shields von der University of California in Los Angeles. Zum Beispiel kann die Bewohnbarkeit von bestimmten Arten und der Häufigkeit von Ausbrüchen abhängen, die noch nicht gut verstanden sind. Computermodelle haben auch gezeigt, dass die Atmosphäre Wärme umverteilen kann, wodurch verhindert wird, dass die dunkle Seite des Planeten gefriert.
In mancher Hinsicht ist der Planet um den M-Zwerg vielleicht noch gastfreundlicher, als es schien. Ein bewohnter Planet muss viel Wasser und Eis enthalten, und Shields analysierte, wie das Sternenlicht eines M-Zwergs mit der Atmosphäre und der eisigen Oberfläche eines solchen Planeten interagiert. Der M-Zwerg erzeugt mehr Infrarotstrahlung als ein sonnenähnlicher Stern. Da die Atmosphäre und das Eis eines Planeten im Orbit Infrarotlicht gut absorbieren, friert der Planet nicht so schnell ein wie ein sonnenähnlicher Stern. Und selbst wenn es gefriert, taut es schnell auf.
Diese Art von stabilem Klima kann einem blühenden Leben mehr Zeit geben, sich ohne Störungen wie schnelles Abkühlen oder Erhitzen zu entwickeln. Dennoch fügt Shields hinzu, dass der gefrorene Planet nicht unbequem für das Leben sein muss. Immerhin hätte die Erde vor über 600 Millionen Jahren die Schneeball-Erdperiode durchlaufen können.
Während einige Astronomen weiterhin M-Zwerge beobachten, wollen andere immer noch sonnenähnliche Sterne untersuchen. Derzeit wenden sich Forscher zunehmend der Untersuchung von M-Typ-Systemen zu. Keplers Mission neigt sich dem Ende zu, aber Astronomen warten auf den Transitin Exoplanet Survey Satellite, der 2017 beginnt. TESS wird nach Planeten um helle Sterne suchen, darunter viele M-Zwerge.
Das James Webb-Weltraumteleskop, der Nachfolger der Hubble-Sache, die 2018 auf den Markt gebracht werden soll, könnte sogar die Atmosphäre solcher Planeten analysieren. Laut Muarhed kann dieses Teleskop jedoch nur M-Zwerge anvisieren. Neue Missionen werden benötigt, um sonnenähnliche Sterne ins Visier zu nehmen.
Da die Ressourcen immer knapper werden, müssen sich Astronomen letztendlich zwischen der Konzentration auf M-Zwerge und sonnenähnliche Sterne entscheiden. Die Lösung wird davon abhängen, was sie in den nächsten Jahren finden. Astronomen sind zuversichtlich, auf jeden Fall einen potenziell bewohnbaren Planeten zu finden.
Was das Leben betrifft, ist diese Frage komplizierter. "Ich weiß nicht, wann dies passieren wird, aber ich wünschte, es würde eher früher als später passieren - und ich bin mir sicher, dass es passieren wird", sagt Shields. "Die Frage ist nur, ob und wann eine Finanzierung erfolgt."
