Unga exoplaneter kan vara mer livsvänliga än äldre.

 

I en ny Southwest Research Institute-ledd forskning föreslås att yngre steniga exoplaneter är mer benägna att stödja tempererade, jordliknande klimat än äldre exoplaneter. Tidigare har forskare fokuserat på planeter (oberoende av ålder) som finns inom en stjärnas beboeliga zon, där det varken är för varmt eller för kallt för att flytande vatten ska kunna finnas. Men även inom  "Goldilocks-zonen" kan planeter utveckla klimat som är omöjliga för liv (se på Venus ex).

Att upprätthålla tempererade klimat kräver utöver att finnas i "Goldilocks-zonen" även att en planet är varm nog invändigt för att driva ett kolcykelomlopp. En viktig källa för denna energi är sönderfallet av de radioaktiva isotoperna av uran, torium och kalium. Denna  värmekälla kan driva en stenig exoplanets mantelkonvektion, en långsam  rörelse i regionen mellan en planets kärna och dess skorpa som väller ut som magma och lava vid ytan.

Vulkaners gasutsläpp är en primär källa till CO2 till atmosfären vilket hjälper till att hålla en planet varm. Utan mantelavgasning är det osannolikt att planeter stöder tempererade, beboeliga klimat som jordens.

Vi vet att de radioaktiva elementen är nödvändiga för att reglera klimatet, men vi vet inte hur länge dessa element är igång över tid på en planet eftersom de sönderfaller över tid, säger Dr. Cayman Unterborn, huvudförfattare till en Astrophysical Journal Letters-artikel om denna forskning. Han säger även att  dessa radioaktiva element inte är jämnt fördelade över hela galaxen och då planeter åldras kan dessa processer avstanna så värmen från avgasning upphör (olika planeter har skilda innehåll av de radioaktiva ämnena). Då planeter kan ha mer eller mindre av dessa element än ex jorden, ville forskarna förstå hur denna variation kan påverka hur länge steniga exoplaneter kan stödja tempererade, jordliknande klimat. (var går gränsen och tidsskillnaden mellan skilda planeter).

Med dagens teknik går det inte att mäta sammansättningen av en exoplanets yta och än mindre dess inre. Forskare kan dock mäta överflödet av element i en stjärna spektroskopiskt genom att studera spektroskopiskt hur ljus interagerar med elementen i en stjärnas övre lager. Med hjälp av dessa data kan forskare dra slutsatsen om vad planeter vid en stjärna bör bestå av.

"Med hjälp av värdstjärnor för att uppskatta mängden av dessa element som finns i planeter genom Vintergatans historia, beräknade vi hur länge vi kan förvänta oss att planeter har tillräckligt med vulkanism för att stödja ett tempererat klimat innan vulkanismen avtar ", säger Unterborn. "Under de mest pessimistiska förhållandena uppskattar vi att denna kritiska ålder till cirka 2 miljarder år men under mer optimistiska förhållanden som  jordens med högre massa 5-6 miljarder. För de få planeter vi har åldrar på fann vi att bara ett fåtal som var tillräckligt unga för att vi med säkerhet skulle kunna säga att de kan ha kolkretslopp just nu”.

Denna forskning kombinerade direkta och indirekta observationsdata med dynamiska datamodeller för att förstå vilka parametrar som mest påverkar en exoplanets förmåga att stödja ett tempererat klimat. Fler laboratorieexperiment och beräkningsmodeller kommer att kvantifiera det rimliga intervallet av dessa parametrar. James Webb Space Telescope kan ge mer information när det kommer igång på allvar och får tid.  Med Webbteleskopet blir det möjligt att mäta den tredimensionella variationen av exoplanetatmosfärer. Dessa mätningar kommer att fördjupa kunskapen om atmosfäriska processer och deras interaktioner med planetens yta och inre vilket gör det möjligt för forskare att bättre uppskatta om en stenig exoplanet i beboeliga zoner kan vara för gammal för att vara jordliknande.

"Exoplaneter utan aktiv avgasning är mer benägna att vara kalla så kallade snöbollsplaneter", säger Unterborn. "Även om vi inte kan säga att planeter inte avgasar idag, kan vi säga att de skulle kräva speciella förhållanden för att göra det, till exempel att ha tidvattenuppvärmning eller genomgå plattektonik. 

Detta inkluderar de högprofilerade steniga exoplaneterna som upptäckts i stjärnsystemet TRAPPIST-1. Oavsett kan yngre planeter med tempererat klimat vara de bästa platserna att leta efter andra jordar på.

Bild på Trappist solsystemet med dess planeter som nämns här men som även nämndes i inlägget av den 7 maj. Bild vikipedia TRAPPIST-1-systemet jämfört med solsystemet; banorna för dess sju planeter skulle lätt passa in i Merkurius bana