Konstnärens koncept skildrar NASA:s Kepler-uppdrags minsta beboeliga zonplanet. Sedd i förgrunden är Kepler-62f, en planet i superjordstorlek i den beboeliga zonen av en stjärna som är mindre och svalare än solen, ligger ca 1, 200 ljusår från jorden i stjärnbilden Lyra.Kepler-62f kretsar runt sin värdstjärna var 267:e dag och är ungefär 40 procent större än jorden i storlek. Storleken på Kepler-62f är känd, men dess massa och sammansättning är det inte. Dock, baserat på tidigare upptäckter av exoplaneter av liknande storlek som är steniga, forskare kan bestämma dess massa genom association. Ungefär som vårt solsystem, Kepler-62 är hem för två beboeliga zonvärldar. Det lilla lysande föremålet som syns till höger om Kepler-62f är Kepler-62e. kretsar kring den inre kanten av den beboeliga zonen, Kepler-62e är ungefär 60 procent större än jorden. Kredit:NASA Ames/JPL-Caltech/Tim Pyle
Forskare som letar efter tecken på liv bortom vårt solsystem står inför stora utmaningar, en av dem är att det finns hundratals miljarder stjärnor bara i vår galax att ta hänsyn till. För att begränsa sökningen, de måste ta reda på:Vilken typ av stjärnor är mest sannolikt värd för beboeliga planeter?
En ny studie hittar en speciell klass av stjärnor som kallas K-stjärnor, som är svagare än solen men ljusare än de svagaste stjärnorna, kan vara särskilt lovande mål för att söka efter tecken på liv.
Varför? Först, K-stjärnor lever väldigt länge - 17 miljarder till 70 miljarder år, jämfört med 10 miljarder år för solen – vilket ger gott om tid för livet att utvecklas. Också, K-stjärnor har mindre extrem aktivitet i sin ungdom än universums mörkaste stjärnor, kallas M-stjärnor eller "röda dvärgar".
M-stjärnor erbjuder vissa fördelar för sökandet efter beboeliga planeter. De är den vanligaste stjärntypen i galaxen, omfattar cirka 75 procent av alla stjärnor i universum. De är också sparsamma med sitt bränsle, och kunde lysa i över en biljon år. Ett exempel på en M-stjärna, TRAPPIST-1, är känd för att vara värd för sju steniga planeter i jordstorlek.
Men M-stjärnornas turbulenta ungdom skapar problem för potentiellt liv. Stjärnflammor – explosiva utsläpp av magnetisk energi – är mycket vanligare och mer energiska från unga M-stjärnor än unga solliknande stjärnor. M-stjärnor är också mycket ljusare när de är unga, i upp till en miljard år efter att de bildats, med energi som skulle kunna koka bort hav på alla planeter som en dag kan vara i den beboeliga zonen.
"Jag tycker om att tro att K-stjärnor är i en "sweet spot" mellan solanaloga stjärnor och M-stjärnor, " sa Giada Arney från NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.
Arney ville ta reda på vilka biosignaturer, eller tecken på liv, kan se ut som på en hypotetisk planet som kretsar kring en K-stjärna. Hennes analys publiceras i Astrofysiska tidskriftsbrev .
Forskare anser att den samtidiga närvaron av syre och metan i en planets atmosfär är en stark biosignatur eftersom dessa gaser gillar att reagera med varandra, förstöra varandra. Så, om du ser dem närvarande i en atmosfär tillsammans, som antyder att något producerar dem båda snabbt, möjligen livet, enligt Arney.
Dock, eftersom planeter runt andra stjärnor (exoplaneter) är så avlägsna, det måste finnas betydande mängder syre och metan i en exoplanets atmosfär för att den ska kunna ses av observatorier på jorden. Arneys analys fann att syre-metan-biosignaturen sannolikt är starkare runt en K-stjärna än en solliknande stjärna.
Arney använde en datormodell som simulerar kemin och temperaturen i en planetarisk atmosfär, och hur den atmosfären reagerar på olika värdstjärnor. Dessa syntetiska atmosfärer kördes sedan genom en modell som simulerar planetens spektrum för att visa hur det kan se ut för framtida teleskop.
"När du sätter planeten runt en K-stjärna, syret förstör inte metanet lika snabbt, så att mer av det kan byggas upp i atmosfären, ", sa Arney. "Detta beror på att K-stjärnans ultravioletta ljus inte genererar högreaktiva syrgaser som förstör metan lika lätt som en solliknande stjärna."
Denna starkare syre-metan-signal har också förutspåtts för planeter runt M-stjärnor, men deras höga aktivitetsnivåer kan göra att M-stjärnor inte kan vara värd för beboeliga världar. K-stjärnor kan erbjuda fördelen av en högre sannolikhet för samtidig syre-metan-detektion jämfört med solliknande stjärnor utan de nackdelar som följer med en M-stjärna värd.
Dessutom, exoplaneter runt K-stjärnor kommer att vara lättare att se än de runt solliknande stjärnor helt enkelt för att K-stjärnor är svagare. "Solen är 10 miljarder gånger ljusare än en jordliknande planet runt den, så det är mycket ljus du måste undertrycka om du vill se en planet i omloppsbana. En K-stjärna kanske "bara" är en miljard gånger ljusare än en jord runt den, sa Arney.
Arneys forskning inkluderar också diskussioner om vilka av de närliggande K-stjärnorna som kan vara de bästa målen för framtida observationer. Eftersom vi inte har möjlighet att resa till planeter runt andra stjärnor på grund av deras enorma avstånd från oss, vi är begränsade till att analysera ljuset från dessa planeter för att söka efter en signal om att liv kan vara närvarande. Genom att separera detta ljus i dess komponentfärger, eller spektrum, forskare kan identifiera beståndsdelarna i en planets atmosfär, eftersom olika föreningar avger och absorberar distinkta färger av ljus.
"Jag tycker att vissa närliggande K-stjärnor som 61 Cyg A/B, Epsilon Indi, Groombridge 1618, och HD 156026 kan vara särskilt bra mål för framtida biosignatursökningar, sa Arney.
