Habitabilität – der richtige Stern

Habitabilität – der richtige Stern
SE Astrobiologie: Panspermie und Terraforming
von (Exo-)Planeten
WS 2013/14
Neidhart Tanja
11.12.2013
Inhalt
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Habitable Zone
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Hertzsprung-Russell-Diagramm
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O-Sterne, B-Sterne, A-Sterne
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Rote Zwerge
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Weiße Zwerge, Braune Zwerge
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Zusammenfassung
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Habitable Zone
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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
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Habitable Zone
Quelle: http://www.astrobio.net/exclusive/4330/the-methane-habitable-zone
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Quelle:http://de.wikipedia.org/wiki/HertzsprungRussell-Diagramm
Hertzsprung-Russell-Diagramm
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O-Sterne, B-Sterne, A-Sterne
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O-Sterne: Masse: 60 M☉,T: 30 000 – 50 000 K
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B-Sterne: Masse: 18 M☉, T: 10 000 – 28 000 K
●
A-Sterne: Masse: 3.2 M☉,T: 7 500 – 9 750 K
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Kurzlebige, schnell veränderliche habitable Zonen
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UV-Strahlung, dichte Ozonschicht
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Spektralklasse
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Lebensdauer auf Hauptreihe
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Sonne: seit 4.6 Milliarden Jahre auf
Hauptreihe, noch weitere 6.4 Milliarden Jahre
Quelle: http://www-user.tu-chemnitz.de/~sol/ebene3/ak/v2.pdf
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Rote Zwerge
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Spektraltyp: K oder M
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Geringe Leuchtkraft: L < 0.02 L☉
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Häufigste Sterne in Galaxie (> 80% aller Sterne)
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Masse: 0.08 – 0.5 M☉
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Temperatur: 2 700 – 3 700 K
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Habitable Zone sehr nah beim Host Star:
0.1 – 0.4 AU
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Rote Zwerge
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70 % der solaren Nachbarschaftssterne sind MSterne (95 % zwischen 0.1 und 2 M☉)
Quelle:http://www.weltderphysik.de/gebiet/astro/ne
ws/2012/braune-zwerge-sind-selten/
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Rote Zwerge
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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
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Rote Zwerge
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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
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Rote Zwerge
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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 MSternen
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Rote Zwerge
Quelle: http://beyondearthlyskies.blogspot.co.at/2013/04/half-frozen-halfscorched-worlds.html
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Rote Zwerge
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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, 400 – 700 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
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Gliese 581
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Spektralklasse: M, Masse: 0.33☉, T: 3200 K
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Leuchtkraft: 0.002 L☉, Entfernung: 20 Lj
Planet
Entdeckungsjahr
Masse (ME)
Umlaufzeit (d)
b
2005
17
5.4
c
2007
5
13
d
2007
8
66
e
2009
1.9
3.15
f
2010
7
433
g
2010
3-4
36.6
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Gliese_581
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Weiße Zwerge, Braune Zwerge
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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
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Weiße Zwerge, Braune Zwerge
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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. 0.01 AU),
bewegt sich immer näher zum Stern
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Weiße Zwerge, Braune Zwerge
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Bis jetzt kein terrestrischer Planet bekannt, der einen
Weißen Zwerg oder Braunen Zwerg umkreist
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Braune Zwerge: protoplanetare Scheibe
●
Weiße Zwerge: metallreiche Scheiben mit Wasser
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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
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Zusammenfassung
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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
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Quellen
●
Lammer, H., et al., 2009, “What makes a planet habitable?”, Springer, p182-249.
●
Kasting, J., 1996, “Habitable zones around low mass stars and the search for extraterrestrial life”, p292-307.
●
Guo, J., et al., 2009, “Habitable zones and UV habitable zones around host stars”, Springer, p25-29.
●
●
●
Engle, S., Guinan, E., 2012, “Red Dwarf Stars: Ages, Rotation, Magnetic Dynamo Activity and the Habitability of Hosted
Planets”, p285-295.
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.,
p606-614
●
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, p167-183.
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, p668-675.
Barnes, R., Heller, R., 2013, “Habitable Planets Around White and Brown Dwarfs: The Perils of a Cooling Primary”,
Astrobiology, p279-291.
●
http://www.astronomy.ohio-state.edu/~pogge/Ast141/Unit5/Lect34_StarHZ.pdf (10.12.2013)
●
http://en.wikipedia.org/wiki/Habitability_of_red_dwarf_systems (10.12.2013)
●
http://en.wikipedia.org/wiki/Gliese_581 (10.12.2013)
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