Denna infografik jämför egenskaperna hos tre klasser av stjärnor i vår galax:Sollika stjärnor klassificeras som G-stjärnor; stjärnor som är mindre massiva och kallare än vår sol är K-dvärgar; och ännu svagare och kallare stjärnor är de rödaktiga M-dvärgarna. Grafiken jämför stjärnorna när det gäller flera viktiga variabler. De beboeliga zonerna, potentiellt kapabla att hysa livbärande planeter, är bredare för varmare stjärnor. Livslängden för röda dvärg M-stjärnor kan överstiga 100 miljarder år. K dvärgåldern kan variera från 15 till 45 miljarder år. Och, vår sol varar bara i 10 miljarder år. Den relativa mängden skadlig strålning (för livet som vi känner det) som stjärnor sänder ut kan vara 80 till 500 gånger mer intensiv för M dvärgar i förhållande till vår sol, men bara 5 till 25 gånger mer intensiv för de orange K-dvärgarna. Röda dvärgar utgör huvuddelen av Vintergatans befolkning, cirka 73 procent. Sollika stjärnor är bara 6 procent av befolkningen, och K-dvärgar är på 13 procent. När dessa fyra variabler är balanserade, de mest lämpliga stjärnorna för potentiellt värd för avancerade livsformer är K-dvärgar. Kredit:NASA, ESA, och Z. Levy (STScI)
Hittills har astronomer upptäckt över 4, 000 planeter som kretsar kring andra stjärnor. Statistiskt sett, det borde finnas över 100 miljarder planeter i vår galax Vintergatan. De finns i ett brett utbud av storlekar och egenskaper, i stort sett oanade innan exoplaneter först upptäcktes i mitten av 1990-talet. Den största motivationen för att granska dessa världar är att hitta "Genesis II, " en planet där liv har uppstått och utvecklats bortom mikrober. Den ultimata vinsten skulle vara att hitta intelligent liv utanför jorden.
Ett stort steg i sökandet efter beboeliga planeter är att hitta lämpliga stjärnor som kan främja uppkomsten av komplexa organismer. Eftersom vår sol har fostrat liv på jorden i nästan 4 miljarder år, konventionell visdom skulle tyda på att stjärnor som den skulle vara främsta kandidater. Men stjärnor som vår sol representerar bara cirka 10 procent av Vintergatans befolkning. Vad mer, de är jämförelsevis kortlivade. Vår sol är halvvägs genom sin beräknade 10 miljarder år långa livstid.
Komplexa organismer uppstod på jorden för bara 500 miljoner år sedan. Och, den moderna formen av människor har bara varit här för ett ögonblick på kosmologiska tidsskalor:200, 000 år. Mänsklighetens framtid är okänd. Men vad som är säkert är att jorden kommer att bli obeboelig för högre livsformer om lite över 1 miljard år, när solen blir varmare och torkar ut vår planet.
Därför, stjärnor som är något kallare än vår sol – kallade orangea dvärgar – anses vara bättre tillhåll för avancerat liv. De kan brinna stadigt i tiotals miljarder år. Detta öppnar upp en stor tidsbild för biologisk evolution för att fullfölja en oändlighet av experiment för att ge robusta livsformer. Och, för varje stjärna som vår sol finns det tre gånger så många orangea dvärgar i Vintergatan.
Den enda typen av stjärna som är rikligare är röda dvärgar. Men det här är häftiga små stjärnor. De är så magnetiskt aktiva att de pumpar ut 500 gånger så mycket strålning i form av röntgenstrålar och ultraviolett ljus som vår sol gör. Planeter runt dessa stjärnor tar stryk. De skulle inte vara någon plats att kalla hem för organismer som oss.
En ny idé, stärkt av stjärnundersökningar utförda av Hubble och andra teleskop, är att de orangea dvärgarna är "Goldilocks-stjärnor" - inte för varma, inte för coolt, och över allt, inte för våldsamt för att vara värd för livsvänliga planeter över en vidsträckt horisont av kosmisk tid.
I sökandet efter liv bortom jorden, Astronomer letar efter planeter i en stjärnas "beboeliga zon" - ibland smeknamnet "Goldilocks-zonen" - där temperaturen är precis lagom för att flytande vatten ska existera på en planets yta för att vårda livet som vi känner det.
En ny idé, stärkt av en tre decennier lång uppsättning stjärnundersökningar, är att det finns "Goldilocks-stjärnor" - inte för heta, inte för coolt, och över allt, inte för våldsam för att vara värd för livsvänliga planeter.
Eftersom vår sol har fostrat liv på jorden i nästan 4 miljarder år, konventionell visdom skulle tyda på att stjärnor som den skulle vara främsta kandidater i sökandet efter andra potentiellt beboeliga världar. I verkligheten, stjärnor något kallare och mindre lysande än vår sol, klassificeras som K-dvärgar, är de sanna "Goldilocks-stjärnorna, " sa Edward Guinan från Villanova University, Villanova, Pennsylvania. "K-dvärgstjärnor är i den "ljuva platsen, ' med egenskaper mellan de sällsynta, mer lysande, men kortlivade stjärnor av soltyp (G-stjärnor) och de fler röda dvärgstjärnorna (M-stjärnor). K-stjärnorna, speciellt de varmare, ha det bästa av alla världar. Om du letar efter planeter med beboelighet, överflödet av K-stjärnor ökar dina chanser att hitta liv."
Till att börja, det finns tre gånger så många K-dvärgar i vår galax som stjärnor som vår sol. Ungefär 1, 000 K stjärnor ligger inom 100 ljusår från vår sol som främsta kandidater för utforskning. Dessa så kallade orangea dvärgar lever från 15 miljarder till 45 miljarder år. Däremot vår sol, nu redan halvvägs genom sin livstid, varar i endast 10 miljarder år. Dess jämförelsevis snabba stjärnutveckling kommer att lämna jorden i stort sett obeboelig om bara ytterligare 1 eller 2 miljarder år. "Stjärnor av soltyp begränsar hur länge en planets atmosfär kan förbli stabil, " sa Guinan. Det beror på att en miljard eller så år från nu, Jorden kommer att kretsa innanför den hetare (inre) kanten av solens beboeliga zon, som rör sig utåt när solen blir varmare och ljusare. Som ett resultat, Jorden kommer att torkas ut när den förlorar sin nuvarande atmosfär och hav. Vid en ålder av 9 miljarder år kommer solen att ha svällt upp för att bli en röd jätte som kan sluka jorden.
Trots sin lilla storlek, de ännu rikligare röda dvärgstjärnorna, även känd som M dvärgstjärnor, har ännu längre livslängder och verkar vara fientliga mot livet som vi känner det. Planeter som är belägna i en röd dvärgs relativt smala beboeliga zon, som är mycket nära stjärnan, utsätts för extrema nivåer av röntgenstrålning och ultraviolett (UV) strålning, som kan vara upp till hundratusentals gånger mer intensiv än vad jorden tar emot från solen. Ett obevekligt fyrverkeri med bloss och koronala massutkastningar bombarderar planeter med en drakfläkt av sjudande plasma och regnskurar av genomträngande högenergipartiklar. Röda dvärgplaneter med beboelig zon kan bakas torrt i benen och få sin atmosfär avskalad mycket tidigt i livet. Detta kan sannolikt hindra planeterna från att utvecklas till mer gästvänliga några miljarder år efter att utbrott av röda dvärg har avtagit. "Vi är inte så optimistiska längre om chanserna att hitta avancerat liv runt många M-stjärnor, sa Guinan.
K-dvärgarna har inte intensivt aktiva magnetfält som driver starka röntgen- och UV-emissioner och energiska utbrott, och därför skjuter de av bloss mycket mer sällan, baserat på Guinans forskning. Medföljande planeter skulle få ungefär 1/100:e så mycket dödlig röntgenstrålning som de som kretsar kring de nära beboeliga zonerna av magnetiskt aktiva M-stjärnor.
I ett program som kallas "GoldiloKs" Project, Guinan och hans Villanova-kollega Scott Engle, arbetar med studenter för att mäta åldern, rotationshastighet, och röntgenstrålning och långt ultraviolett strålning i ett urval av mestadels svala G- och K-stjärnor. De använder NASA:s Hubble Space Telescope, Chandra röntgenobservatorium, och Europeiska rymdorganisationens XMM-Newton-satellit för sina observationer. Hubbles känsliga observationer av ultraviolett ljus av strålning från väte användes för att bedöma strålningen från ett prov på cirka 20 orangea dvärgar. "Hubble är det enda teleskopet som kan göra den här typen av observationer, sa Guinan.
Guinan och Engle fann att strålningsnivåerna var mycket mer godartade för alla medföljande planeter än de som finns runt röda dvärgar. K-stjärnor har också längre livslängder och därför långsammare migration av den beboeliga zonen. Därför, K-dvärgar verkar vara den perfekta platsen att leta efter livet på, och dessa stjärnor skulle ge tid för högt utvecklat liv att utvecklas på planeterna. Under solens hela livstid – 10 miljarder år – ökar K-stjärnorna bara sin ljusstyrka med cirka 10-15 procent, ger biologisk evolution en mycket längre tidsperiod för att utveckla avancerade livsformer än på jorden.
Guinan och Engle tittade på några av de mer intressanta K-stjärnorna som är värd för planeter, inklusive Kepler-442, Tau Ceti, och Epsilon Eridani. (De två sistnämnda var tidiga mål för det sena 1950-talets Project Ozma - det första försöket att upptäcka radiosändningar från utomjordiska civilisationer.)
"Kepler-442 är anmärkningsvärt genom att denna stjärna (spektral klassificering, K5) är värd för vad som anses vara en av de bästa Goldilocks-planeterna, Kepler-442b, en stenig planet som är lite mer än två gånger jordens massa. Så Kepler-442-systemet är en Goldilocks-planet med en Goldilocks-stjärna som värd!" sa Guinan.
Under de senaste 30 åren har Guinan och Engle och deras elever observerat en mängd olika stjärntyper. Baserat på sina studier, forskarna har fastställt samband mellan stjärnåldern, rotationshastighet, Röntgen-UV-emissioner och flareaktivitet. Dessa data har använts för att undersöka effekterna av högenergistrålning på planetens atmosfärer och möjligt liv.
Resultaten presenteras vid det 235:e mötet i American Astronomical Society i Honolulu, Hawaii.
