Habitabilität der richtige Stern

Transkript

1 Habitabilität der richtige Stern SE Astrobiologie: Panspermie und Terraforming von (Exo-)Planeten WS 2013/14 Neidhart Tanja

2 Inhalt Habitable Zone Hertzsprung-Russell-Diagramm O-Sterne, B-Sterne, A-Sterne Rote Zwerge Weiße Zwerge, Braune Zwerge Zusammenfassung Habitabilität - der richtige Stern 2

3 Habitable Zone Breite und Distanz der habitablen Zone für erdähnlichen Planeten abhängig von: Einfallendem stellarem Fluss Albedo des Planeten Treibhausgaskonzentration Energieverteilung in der Atmosphäre des Planeten Grenzen ändern sich während Lebenszeit des Sterns Habitabilität - der richtige Stern 3

4 Habitable Zone Quelle: Habitabilität - der richtige Stern 4

5 Quelle: Russell-Diagramm Hertzsprung-Russell-Diagramm Habitabilität - der richtige Stern 5

6 O-Sterne, B-Sterne, A-Sterne O-Sterne: Masse: 60 M,T: K B-Sterne: Masse: 18 M,T: K A-Sterne: Masse: 3.2 M,T: K Kurzlebige, schnell veränderliche habitable Zonen UV-Strahlung, dichte Ozonschicht Quelle: Habitabilität - der richtige Stern 6

7 Lebensdauer auf Hauptreihe Sonne: seit 4.6 Milliarden Jahre auf Hauptreihe, noch weitere 6.4 Milliarden Jahre Quelle: Habitabilität - der richtige Stern 7

8 Rote Zwerge Spektraltyp: K oder M Geringe Leuchtkraft: L < 0.02 L Häufigste Sterne in Galaxie (> 80% aller Sterne) Masse: M Temperatur: K Habitable Zone sehr nah beim Host Star: AU Habitabilität - der richtige Stern 8

9 Rote Zwerge 70 % der solaren Nachbarschaftssterne sind M- Sterne (95 % zwischen 0.1 und 2 M ) Quelle: ws/2012/braune-zwerge-sind-selten/ Habitabilität - der richtige Stern 9

10 Rote Zwerge Vorteile: Sobald auf Hauptreihe physikalische Eigenschaften des Sterns über lange Zeitskalen konstant Kaum verändernde Leuchtkraft Durch Transitmethode leichter zu finden, da kleiner als Sonne und kürzere Orbitperiode Viele alte M-Sterne in Umgebung der Sonne Habitabilität - der richtige Stern 10

11 Rote Zwerge Probleme: XUV Strahlung, Flares, Plasmaauswürfe und koronale Massenauswürfe XUV Strahlung + stellare Wind Interaktionen Erosion, Ionisierung, Aufheizen, chemische Veränderungen der Atmosphäre des Planeten, bräuchte starkes Magnetfeld als Schutz XUV Fluss sinkt mit Zeit exponentiell, Flares nehmen ab mit Alter Habitabilität - der richtige Stern 11

12 Rote Zwerge Probleme: Gebundene Rotation: Atmosphäre auf abgewandten Seite gefrieren, auf zugewandten entweichen Zugewandte Seite zu heiß, abgewandte zu kalt Langsame Rotation schwaches Magnetfeld Wenig bekannt über Entwicklung von K- und M- Sternen Habitabilität - der richtige Stern 12

13 Rote Zwerge Quelle: Habitabilität - der richtige Stern 13

14 Rote Zwerge Probleme: Spektrale Energieverteilung verschoben ins Infrarote, geringere Energie als im sichtbaren Bereich Photosynthetische aktive Strahlung (PAR): Bereich im Spektrum der Sonnenstrahlung, der von photosynthetisch aktiven Lebewesen genutzt werden kann, nm Anteil an PAR ist geringer als der der Sonne Photosynthese würde zusätzliche Photonen brauchen aufgrund geringerer Energie der Photonen im Infraroten Planetenentstehung: Masse der Scheibe, aus der sich Planeten bilden, nimmt mit stellaren Masse ab Habitabilität - der richtige Stern 14

15 Gliese 581 Spektralklasse: M, Masse: 0.33, T: 3200 K Leuchtkraft: L, Entfernung: 20 Lj Planet Entdeckungsjahr Masse (M E ) Umlaufzeit (d) b c d e f g Quelle: Habitabilität - der richtige Stern 15

16 Weiße Zwerge, Braune Zwerge Meisten Suchaktionen nach Leben konzentrieren sich auf habitable Zone von Hauptreihensternen Gründe: Nur wenig Planeten um Weiße Zwerge und Braune Zwerge bekannt Unklar, ob sich terrestrische Planeten um Weiße Zwerge oder Braune Zwerge bilden können Sterne sehr leuchtschwach Habitabilität - der richtige Stern 16

17 Weiße Zwerge, Braune Zwerge Kühlen ab, werden immer leuchtschwächer Insolation habitable zone (IHZ): Strahlungsfluss des Sterns ident mit den Flusslimits, die für Hauptreihensterne gefunden wurden IHZ sehr nah beim Stern (ca AU), bewegt sich immer näher zum Stern Habitabilität - der richtige Stern 17

18 Weiße Zwerge, Braune Zwerge Bis jetzt kein terrestrischer Planet bekannt, der einen Weißen Zwerg oder Braunen Zwerg umkreist Braune Zwerge: protoplanetare Scheibe Weiße Zwerge: metallreiche Scheiben mit Wasser Problem: Entwicklung zum Weißen Zwergen, Frühphase: UV-Strahlung die Moleküle vorhandenen Wassers in Wasserstoff und Sauerstoff abgespaltet hat entstandene molekulare Wasserstoff bei erdgroßen Planeten gravitativ nicht gebunden Habitabilität - der richtige Stern 18

19 Zusammenfassung Großteil der Suche konzentriert sich auf Rote Zwerge Roten Zwergen: gebundene Rotation + geringem magnetischen Moment wenig oder kein Schutz der Atmosphäre des Planeten durch die Magnetosphäre vor koronalen Massenauswürfen Andere Möglichkeit: Leben unter Wasser bis Stern durch frühe Flarephase durch Planeten um Weiße Zwerge weniger wahrscheinlich Leben als bei Braunen Zwergen Habitabilität - der richtige Stern 19

20 Quellen Lammer, H., et al., 2009, What makes a planet habitable?, Springer, p Kasting, J., 1996, Habitable zones around low mass stars and the search for extraterrestrial life, p Guo, J., et al., 2009, Habitable zones and UV habitable zones around host stars, Springer, p Engle, S., Guinan, E., 2012, Red Dwarf Stars: Ages, Rotation, Magnetic Dynamo Activity and the Habitability of Hosted Planets, p Kaltenegger, L., Sasselov, D., 2011, Exploring the habitable zone for Kepler Planetary Candidates, Astrophys. J. Lett., p1-6. Raymond, S., et al., 2007, A decreased probability of habitable planet formation around low-mass stars, Astrophys. J., p Boyajian, T., et al., 2012, Stellar Diameters and Temperatures. II. Main-sequence K- and M-stars, Astrophys. J., p1-31. Dressing, C., Charbonneau, D., 2013, The occurrence rate of small planets around small stars, Astrophys. J., p1-20. Khodachenko, M., et al., 2007, Coronal Mass Ejection (CME) Activity of Low Mass M Stars as an Important Factor for the Habitability of Terrestrial Exoplanets. I. CME Impact on Expected Magnetospheres of Earth-Like Exoplanets in Close-In Habitable Zones, Astrobiology, p Raven, J.A., Cockell, C.S., 2006, Influence of Photosynthesis of Starlight, Moonlight, Planetlight, and Licht Pollution (Reflections on Photosynthetically Active Radiation in the Universe, Astrobiology, p Barnes, R., Heller, R., 2013, Habitable Planets Around White and Brown Dwarfs: The Perils of a Cooling Primary, Astrobiology, p ( ) ( ) ( ) Habitabilität - der richtige Stern 20