Zijn wij alleen in de kosmos? – deel 3: Is er leven op Exo?

Deel 2 – De jacht op exoplaneten leerde ons dat de Zon zeker niet de enige ster is die kan uitpakken met een planeetsysteem. Hoewel planeten moeilijk te ontdekken zijn – ze stralen zelf geen licht uit – leverde onze eerste echte zoektocht een mooi vangst op: de satelliet Kepler vond er 2338. Inmiddels (op 14 maart 2019) staat de teller op 3925. Eerder deze maand bevestigde een team van onderzoekers overigens het bestaan van Kepler-1658, de allereerste exoplaneet die Kepler inmiddels zowat 10 jaar geleden ontdekte. Ook vanuit theoretische hoek verschijnen planeten als een natuurlijk bijproduct van stervorming.

De verwachting is dan ook dat het heelal wemelt van de exoplaneten. Kunnen ze buitenaards leven herbergen?

Goudlokje

Alle beschouwingen over exoleven vertrekken noodgedwongen vanuit het enige voorbeeld dat we kennen: het leven op aarde. Aangezien de aanwezigheid van vloeibaar water hierin een cruciale rol speelt, gaan we er tegen beter weten in maar van uit dat exoleven ook het meest kans maakt op planeten met een temperatuur die vloeibaar water toelaat. Daarom zoeken we voor elke ster met exoplaneten uit in welk gebied de temperatuur tussen 0°C en 100°C ligt, zodat eventueel water er niet bevriest of verdampt. We noemen dit het Goudlokjegebied (Engels Goldilocks zone) naar het sprookje waarin Goudlokje uit drie borden pap kiest voor de portie die net de juiste temperatuur heeft, niet te heet en niet te koud.

Het Goudlokjegebied is de zone rond een ster waarbinnen water – voor zover het zou voorkomen – niet bevriest of verdampt heet.

Dit hoeft niet te betekenen dat leven enkel daarbinnen mogelijk is. De achterliggende gedachte is veeleer: als je ergens moet gaan zoeken, dan misschien best eerst daar. Meer dan dit is het dan ook niet: er kunnen gerust levensvormen bestaan buiten deze zone, net zoals er geen enkele garantie is dat leven daadwerkelijk optreedt binnen deze zone. Denken we maar aan de Maan, Venus en Mars, die alle drie in het Goudlokjegebied van de Zon liggen, maar (momenteel) geen vloeibaar water bevatten en niet meteen bewoonbaar lijken.

Water in overvloed?

Voor zover onze focus op (vloeibaar) water gerechtvaardigd is, rijst in de eerste plaats de vraag welke bron de Aarde van water heeft voorzien. Een definitief antwoord is er nog niet, maar de asteroïden in de gordel tussen Mars en Jupiter zijn wel een prima kandidaat.  Water zit er opgesloten in mineralen en zou kunnen vrijgekomen zijn bij inslagen op het aardoppervlak. Ook kometen kunnen de rol van waterdrager op zich nemen. Dit houdt in dat een planeet niet op eigen kracht leefbaar is, maar dit via externe bron kan worden (of geweest zijn).

Asteroïden en kometen kunnen fungeren als waterdrager voor exoplaneten die zich in het Goudlokjegebied bevinden.

Sterrenkundigen nemen alvast aan dat heel wat rotsachtige planeten helemaal verdrinken in oceanen van wel 100 tot 200 km diep. Dit zou met name het geval zijn voor exoplaneten met een straal die zowat 2 tot 4 maal groter is dan die van de Aarde. Door gegevens van de Keplertelescoop en ESA’s Gaiasatelliet te combineren, schat een groep onderzoekers van de Harvard University dat dit het geval is voor ongeveer 35% van de tot dusver ontdekte exoplaneten.

Artistieke impressie van een waterplaneet.

Potentieel bewoonbare planeten

De zoekcirkel wordt nog verder verkleind door bijkomend te eisen dat de exoplaneet rotsachtig is zoals de binnenplaneten van het zonnestelsel en een straal en massa heeft die grosso modo vergelijkbaar is met die van de aarde. Dit leidt tot een lijst van ‘potentieel bewoonbare planeten’, waarvan er momenteel iets meer dan 50 stuks geïdentificeerd zijn. Eentje hiervan, Proxima Centauri b, geniet onze bijzondere interesse, aangezien zijn moederster met een afstand van 4 lichtjaar de dichtste buur van de Zon is.

Proxima Centauri b bevindt zich naar onze maatstaven vlakbij zijn ster, een rode dwerg die aanzienlijk kouder is dan de Zon.

De kwalificatie ‘potentieel’ is belangrijk. Om levensvormen zoals de onze te herbergen moet een planeet naast vloeibaar water minstens ook beschikken over een magnetisch veld en een atmosfeer. Het magnetisch veld vormt een schild tegen schadelijke straling van de moederster en uit de ruimte, een taak waarvan de atmosfeer zich evenzeer kwijt. De atmosfeer behoedt ons verder voor inslaande meteorieten, tempert via het natuurlijk broeikaseffect de temperatuurverschillen tussen dag en nacht en schenkt ons een waterkringloop. En zelfs al is een exoplaneet opgetuigd met alle mogelijke toeters en bellen die de Aarde ons biedt, dan geeft dit uiteraard nog steeds geen enkele garantie dat hij effectief leven herbergt.

Ter illustratie hiervan keren we nog even terug naar Proxima Centauri b. De ster Proxima Centauri is als rode dwerg veel kouder dan de Zon, waardoor het Goudlokjegebied er zeer dicht bij ligt. Dit maakt Proxima Centauri b vatbaar voor zonnevlammen. Bovendien speelt de getijdenwerking op die korte afstand veel sterker, waardoor deze exoplaneet, net als de Maan ten opzichte van de Aarde, wellicht steeds met dezelfde kant naar de ster kijkt. Dit verlaagt de kans dat hij over een magnetisch veld beschikt dat hem zou kunnen beschermen tegen de zonnevlammen en andere schadelijke straling.

Volgende halte: exoatmosferen

Maar door lijstjes op te stellen met exoplaneten die het meest op de Aarde gelijken, kunnen we wel de juiste focus leggen om de volgende grote stap te zetten in het onderzoek naar exoleven. Die bestaat erin om te kijken naar de eventuele atmosfeer van exoplaneten, in de hoop er moleculen in aan te treffen die een biosignatuur dragen. Het principe is behoorlijk rechttoe-rechtaan. Door naar het sterlicht te kijken wanneer de exoplaneet tussen ons en de moederster staat, kunnen we meten welke golflengten van het achterliggende sterlicht wel of niet door de atmosfeer van de exoplaneet raakt.

Die (banden van) golflengten kunnen we vervolgens associëren met moleculen, wat ons informatie oplevert over de chemische samenstelling van de exoatmosfeer. Met de kennis die we tot dusver hebben over leven, zouden we dan kunnen zien of de atmosfeer van zo’n exoplaneet een biosignatuur draagt, bv. door er zuurstofverbindingen in aan te treffen. Toch belooft het een flinke kluif te worden voor astrobiologen om geen overhaaste conclusies te trekken. In 2015 toonden Japanse onderzoekers bij voorbeeld aan dat abiotische processen voor zuurstof in een atmosfeer kunnen zorgen. Hoe dan ook mogen we hopen om tegen 2030 toch al wat exoatmosferen in kaart te hebben.

Absorptie en emissie van licht in de atmosfeer van een exoplaneet tijdens de transit kan informatie verschaffen over de mogelijk

Hiervoor rekenen we op de langverwachte ruimtetelescoop James Webb Space Telescope (verwachte lancering op 30 maart 2021) en de aardse telescopen Giant Magellan Telescope (operationeel in 2024) en (operationeel in 2025) Extremely Large Telescope.

Balans

Wat is nu de balans na deze eerste drie delen over exoleven?

1. De zoektocht naar radiogolven als teken van intelligente exobeschavingen heeft sinds 1960 niets opgeleverd.

2. Terwijl technieken om exoplaneten op te sporen nog volop in ontwikkeling zijn, hebben we op korte tijd ruim 4000 exemplaren gedetecteerd.

3. Dit voedt de verwachting dat het heelal krioelt van de exoplaneten.

4. Tot nader order kunnen we best naar exoleven zoeken op planeten die de aanwezigheid van vloeibaar water toelaten.

5. Op basis van de momenteel beschikbare gegevens bestaat de verwachting dat heel wat exoplaneten zich in de potentieel bewoonbare zones rond sterren bevinden.

6. Om daadwerkelijk leven (zoals wij dat kennen) te kunnen herbergen is meer nodig dan de geschikte afstand tot de ster: waterbronnen, magneetveld, atmosfeer, …

7. De meeste hoop is nu gevestigd op het identificeren van de chemische samenstelling van atmosferen rond exoplaneten, in de hoop er moleculen met een duidelijke biosignatuur in aan te treffen.

In deel 4 leggen we ons oor te luister bij twee ruimtegidsen: Frank Drake en Nikolai Kardashev.