Sterren die relatief veel zware elementen bevatten, bieden minder gunstige omstandigheden voor het ontstaan van complex leven dan metaalarme sterren.
Dat is de conclusie van een internationaal team van de Max-Planck-instituten voor zonnestelsel-onderzoek (Göttingen) en chemie (Mainz) alsmede de Universiteit van Göttingen (Duitsland). Het team heeft een verband ontdekt tussen de ‘metalliciteit’ van een ster en het vermogen van diens planeten om een beschermende ozonlaag op te bouwen (Nature Communications).
De nieuwe studie richtte zich op het ozongehalte van de atmosferen van exoplaneten.
Net als op aarde kan deze verbinding van drie zuurstofatomen het oppervlak van een planeet (en de daar aanwezige levensvormen) beschermen tegen cel-beschadigende ultraviolette straling.
Een ozonlaag is dus een belangrijke voorwaarde voor het ontstaan van complex leven.
Maar welke eigenschappen moet een ster hebben opdat zijn planeten zo’n beschermende laag kunnen vormen?
Bij hun onderzoek hebben de wetenschappers zich met name gericht op sterren met oppervlaktetemperaturen van 5000 tot 6000 graden Celsius, de groep waartoe ook onze zon behoort. In de atmosferische chemie van de aarde speelt de uv-straling van de zon een dubbelrol.
Bij reacties met afzonderlijke zuurstofatomen en -moleculen kan ozon zowel worden aangemaakt als vernietigd.
Terwijl de langgolvige uv B-straling ozon afbreekt, draagt de kortgolvige uv C-straling juist bij tot de vorming ervan.
Het lag daarom voor de hand te veronderstellen dat ultraviolet licht een vergelijkbaar complexe invloed zou kunnen hebben op de atmosferen van exoplaneten.
De onderzoekers berekenden daarom de exacte golflengten waaruit de uv-straling van de sterren bestaat.
Daarbij keken ze voor het eerst ook naar de invloed die de metalliciteit van een ster daarbij speelt.
De metalliciteit geeft de verhouding aan tussen de hoeveelheden waterstof en zwaardere elementen (door astronomen vaak simpelweg ‘metalen’ genoemd) in het bouwmateriaal van een ster.
Zo bevat onze zon ruim 31.000 waterstofatomen voor elk ijzeratoom.
Vervolgens onderzocht het team hoe de berekende uv-straling de atmosfeer zou beïnvloeden van planeten die binnen de ‘leefbare zone’ om deze sterren draaien.
(De leefbare zone is de gordel rond een ster waar gematigde temperaturen, niet te warm en niet te koud, heersen.) Voor zulke werelden hebben de wetenschappers met behulp van computersimulaties uitgezocht welke processen door de uv-straling van de moederster in de planeetatmosferen in gang worden gezet.
Het resultaat was verrassend. Metaalarme sterren zenden in totaal weliswaar meer uv-straling uit dan metaalrijke, maar de verhouding tussen de ozon-genererende uv C-straling en de ozon-vernietigende uv B-straling blijkt sterk af te hangen van de metalliciteit: bij metaalarme sterren overheerst de uv C-straling, waardoor zich een dichte ozonlaag kan ontwikkelen.
In metaalrijke sterren, met hun overheersende uv B-straling, is deze beschermende laag volgens de simulaties veel dunner. Dit brengt de onderzoekers tot de bijna paradoxale conclusie dat het ouder wordende heelal steeds vijandiger zal worden voor leven.
Opeenvolgende generaties van sterren produceren mettertijd immers steeds meer metalen en andere zware elementen die, afhankelijk van de massa van de ster, vrijkomen als sterrenwind of als onderdeel van een supernova-explosie: het bouwmateriaal voor de volgende generatie van sterren.
Hierdoor bevat elke nieuw gevormde ster dus meer metalen dan zijn voorgangers, waardoor zijn eventuele planeten het met een dunnere ozonlaag moeten doen. (EE)
(Image Credit: MPS/hormesdesign.de)