Det lilla fotavtrycket och det svaga ljuset hos vita dvärgar, rester av stjärnor som har bränt ut sitt bränsle, kan vara utmärkta bakgrunder för att studera planeter med tillräckligt med vatten för att hysa liv.
Tricket är att upptäcka skuggan av en planet mot en tidigare stjärna som har förtvinat till en bråkdel av sin storlek och upptäcka att det är en planet som har behållit sina vattenhav i miljarder år även efter att ha ridit ut stjärnans explosiva och våldsamma sista krampryckningar. En ny studie av dynamiken i vita dvärgsystem tyder på att vissa vattenplaneter i teorin faktiskt kan vara så pass stora att de kan vänta på att upptäckas och granskas närmare.
Astronomer som undersöker planeter utanför vårt solsystem (så kallade exoplaneter) för potentiella tecken på liv samlar in data medan dessa planeter passerar sin stjärna – eller passerar mellan stjärnan och våra teleskop. De använder ljuset från stjärnan som passerar genom planetens tunna lager av atmosfär för att berätta vilka grundämnen och molekyler som finns.
En enorm stjärna med full kraftfull kärnfusion kan vara rörig och svår att titta på. Så att hitta en planet som kretsar kring en mindre och mjukare vit dvärg innebär mindre av den astronomiska motsvarigheten till att kisa.
”Vita dvärgar är så små och så funktionslösa att om en jordisk planet passerade framför dem skulle man faktiskt kunna göra ett mycket bättre jobb med att karakterisera dess atmosfär”, säger Juliette Becker, astronomiprofessor vid University of Wisconsin-Madison och huvudförfattare till studien, som är under granskning hos AAS Journals och presenterades i Madison vid American Astronomical Societys 244:e möte. ”Planetens atmosfär skulle ha en mycket större och tydligare signal eftersom en större del av det ljus du ser passerar genom exakt det du vill studera.”
Det första stora hindret för en sådan planet skulle vara att överleva de sista dagarna (relativt sett) hos en liten till medelstor stjärna. För de kan vara tuffa.
När stjärnor som vår sol får slut på det bränsle som driver kärnans fusionsreaktioner växer de till enorma storlekar.
”Det finns två pulser, i princip, under vilka stjärnan växer till 100 gånger sin normala radie”, säger Becker. ”Medan den gör det – vi kan kalla den här delen för förstörelsefas nr 1 – kommer den att sluka alla planeter som befinner sig inom den radien.”
Även om en vattenkrävande planet undkommer att slukas är den inte ute ur den brinnande skogen. Stjärnans utbuktande tillväxt följs av en massförlust och en enorm ökning av ljusstyrkan.
”Det faktum att stjärnan blir så mycket ljusare innebär att alla planeter i systemet, även de som tidigare var kalla i det yttre solsystemet, plötsligt kommer att få sina yttemperaturer att öka drastiskt”, säger Becker. ”Det kan få deras hav att avdunsta och kosta dem mycket vatten.”
En jordliknande planet måste alltså befinna sig minst 5-6 astronomiska enheter (1 AU är det genomsnittliga avståndet mellan jorden och vår sol) från sin döende stjärna för att kunna behålla en betydande mängd av sitt vatten genom stjärnsvullnaden, planetätandet och ljusbombardemanget, enligt den nya studien.
Men lugnet efter stormen är ett annat hinder. Under loppet av en miljard år eller mer kommer den en gång rasande stjärnan att krympa och svalna.
”Om du kan vara tillräckligt långt borta under denna farliga tid för att inte förlora ditt ytvatten är det bra”, säger Becker. ”Men nackdelen är att du kommer att vara så långt bort från stjärnan att allt vatten kommer att vara is, och det är inte bra för livet.”
Så småningom kommer den vita dvärgen att vara så liten och kall att en planet som får tillräckligt med värme för att ha flytande vatten skulle behöva vara mer som 1 % av 1 astronomisk enhet bort – mycket långt in från säkerhetslinjen på 5 till 6 AE.
Ett sätt att flytta en planets omloppsbana så mycket, kallat tidvattenmigration, kan hjälpa till.
”Det är ganska normalt att en planets omloppsbana förändras”, säger Becker. ”Vid tidvattenmigration leder en viss dynamisk instabilitet mellan planeterna i systemet till att en av dem hamnar i en bana med hög excentricitet, som en komet, där den svänger in riktigt nära den centrala kroppen i systemet och sedan långt ut igen.”
Den typen av banor kommer att stabiliseras i mindre excentriska, mer stabila banor som kan leda till att en planet hamnar mycket nära en vit dvärg.
”Om man lägger ihop alla dessa modeller ser man att det är en farlig resa för planeten och svårt för haven att överleva denna process, men det är möjligt”, säger Becker, vars medarbetare inkluderar Andrew Vanderburg, en astrofysiker vid Massachusetts Institute of Technology som nyligen var professor vid UW-Madison, och Joseph Livesey, doktorand vid UW-Madison.
Mer arbete med omständigheterna kring potentiella parningar mellan vita dvärgar och planeter skulle hjälpa till att fastställa oddsen och vägleda beslutsfattandet när det är dags att dela ut begränsade teleskopresurser för att söka efter planeter som kan bära liv.
”Om vi hittar många vita dvärgar som är goda kandidater för att hysa potentiellt beboeliga exoplaneter kan de vara värda att lägga tid på”, säger Becker. ”Och de här teoretiska teknikerna kommer att hjälpa oss att skilja ut de bästa målen, så att vi inte lägger för mycket tid på de ointressanta.”
