En dankzij een nieuw onderzoek kunnen we die aliens – of nauwkeuriger gezegd: de sporen die zij op hun werelden nalaten – gaan herkennen.

De afgelopen jaren zijn er tal van exoplaneten ontdekt. En van een deel ervan wordt vermoed dat ze leefbaar zijn. Met de telescopen van nu zijn we helaas niet in staat om leven op die exoplaneten te detecteren. Maar naar verwachting gaat dat met de volgende generatie telescopen wel lukken. Deze telescopen – zoals de James Webb Telescoop en de Extremely Large Telescope – zijn krachtig genoeg om in de atmosfeer van exoplaneten op jacht te gaan naar sporen van leven.

Dode sterren
En tijdens die zoektocht zullen de telescopen zich vroeg of laat ongetwijfeld ook op dode sterren – zogenoemde witte dwergen – storten. Want juist op de planeten die rond deze dode sterren cirkelen, kunnen aliens zich naar verwachting slecht voor ons verborgen houden (zie kader).


Wanneer een ster aan het einde van zijn leven komt, vallen de kernreacties die in het binnenste van de ster plaatsvinden, stil. Wat overblijft is een uitgebluste kern van een ster, soms amper groter dan onze aarde. En juist die beperkte omvang van zo’n dode ster maakt deze heel interessant voor astronomen die op zoek zijn naar sporen van leven, zo legt onderzoeker Thea Kozakis aan Scientias.nl uit. “Normaal gesproken is het zo dat we de transmit-methode gebruiken om nieuwe planeten op te zoeken of hun atmosfeer te karakteriseren. We wachten dan tot de planeet – vanuit ons gezichtspunt gezien – voor de moederster langs beweegt.” Een regelmatige afname in de helderheid van de ster wijst er dan op dat er een planeet rond die ster cirkelt. En door het sterlicht dat door de atmosfeer van zo’n planeet sijpelt, te analyseren, kunnen onderzoekers de samenstelling ervan analyseren. “Wanneer een planeet ter grootte van de aarde voor een ster ter grootte van onze zon langs beweegt, houdt deze slechts 0,01 procent van het licht van de moederster tegen. Maar wanneer een planeet ter grootte van de aarde voor een doorsnee witte dwerg langs beweegt, wordt meer dan 50% van het licht van die witte dwerg tegengehouden. Dat betekent dat het veel gemakkelijker is om een planeet ter grootte van de aarde op te sporen als deze rond een witte dwerg cirkelt. En het is dus ook veel makkelijker om de atmosfeer van een planeet te karakteriseren, als deze rond een witte dwerg draait.”

Er zijn dus goede redenen om juist in de atmosfeer van een planeet die rond een witte dwerg cirkelt, op zoek te gaan naar sporen van leven. Maar..hoe herken je die dan? Een nieuw onderzoek van Kozakis en collega’s biedt meer duidelijkheid. De wetenschappers hebben namelijk in kaart gebracht hoe het licht van een witte dwerg door de atmosfeer van verschillende planeten valt en welke signalen in het lichtspectrum kunnen wijzen op de aanwezigheid van moleculen die door toedoen van buitenaards leven in die atmosfeer zijn beland.

Eerder onderzoek
Het onderzoek borduurt in zekere zin voort op een eerder onderzoek – waar Kozakis eveneens aan meewerkte – waarin onderzocht werd hoe het licht van een witte dwerg van invloed is op de atmosfeer van exoplaneten die om de witte dwerg cirkelen. “Verschillende typen licht afkomstig van de witte dwerg kunnen zo’n atmosfeer veranderen,” vertelt Kozakis. “Met name verschillen in de hoeveelheid UV-licht die afkomstig is van de moederster kunnen de chemie in de atmosfeer van een planeet enorm veranderen, aangezien UV-licht energiek genoeg is om moleculen uiteen te laten vallen. Zo kunnen verschillende hoeveelheden UV-licht ervoor zorgen dat er in een atmosfeer meer of minder van een bepaal gas dat kan wijzen op de aanwezigheid van leven, te vinden is. Het is belangrijk dat we dergelijke effecten begrijpen alvorens op zulke planeten op zoek te gaan naar leven. We weten dan immers beter waar we naar moeten zoeken.” Dit eerste onderzoek resulteerde in atmosferische modellen die onthullen welke concentraties chemische stoffen je op verschillende hoogtes in de atmosfeer kunt verwachten en simuleerden hoe licht door de atmosfeer van een planeet die rond een witte dwerg cirkelt, sijpelt. Voor het nieuwe onderzoek hebben Kozakis en collega’s deze atmosferische modellen opnieuw gebruikt om vast te stellen hoe atmosferen van planeten die rond witte dwergen cirkelen, geleidelijk aan veranderen. “Aangezien witte dwergen bij gebrek aan een interne warmtebron door de tijd heen afkoelen, verandert ook de atmosfeer van planeten die rond de witte dwerg cirkelen, doordat deze steeds minder UV-straling ontvangt,” legt Kozakis uit .”Het onderzoek wijst uit dat deze veranderende atmosferische chemie van invloed is op wat we met toekomstige telescopen in de atmosfeer van zo’n planeet gaan zien.” En doordat we ons daar nu bewust van zijn, kunnen we die toekomstige observaties hopelijk beter duiden.

Ozon en methaan
Het onderzoek onthult niet alleen dat het mogelijk is om sporen van leven te vinden in de atmosfeer van planeten die rond witte dwergen cirkelen, maar laat bovendien zien dat die sporen van leven er door invloed van de moederster misschien net ietsje anders uit kunnen zien. “Doordat witte dwergen ongeveer net zo groot zijn als onze aarde, is het veel gemakkelijker om biosignaturen te ontdekken in de atmosfeer van planeten die rond witte dwergen cirkelen,” stelt Kozakis. Maar de chemie in de atmosfeer van planeten die rond witte dwergen cirkelen, is net wat anders dan de chemie in onze atmosfeer. “En dat zorgt ervoor dat sommige biosignaturen er minder overvloedig of juist overvloediger voorkomen dan op de moderne aarde.” Neem bijvoorbeeld planeten die rond een koele witte dwerg cirkelen. Hun moederster geeft minder UV-licht af, waardoor hun atmosfeer ook anders is. “Aangezien ozon ontstaat doordat UV-licht zuurstofmoleculen afbreekt, zal een planeet in een omgeving met minder UV-licht ook minder ozon bezitten, waardoor dat lastiger te detecteren is. Tegelijkertijd mag je verwachten dat biosignaturen zoals methaan of stikstofoxide – die normaal afgebroken worden door UV-licht of reacties met bijproducten van ozon – weer relatief overvloedig in de atmosfeer van deze exoplaneten voorkomen.”


Oud of nieuw leven?
Mochten onderzoekers in de toekomst – geholpen door het werk van Kozakis en collega’s – daadwerkelijk op buitenaards leven rond dode sterren, stuiten, dan blijft er nog een prangende vraag hangen. Namelijk: is dit buitenaards leven van voor of na De Ramp. Waarbij ‘De Ramp’ verwijst naar de dood van de moederster. Want dat gaat er nogal heftig aan toe en het is zeer twijfelachtig of leven in de nabijheid van de moederster het stervensproces van die ster overleeft. Mochten we leven nabij dode sterren vinden, dan is het dus niet ondenkbaar dat het gaat om ‘nieuw’ leven: leven dat na de dood van de moederster is ontstaan. En dat ‘nieuwe leven’ kan op twee manieren ontstaan. Eén: op planeten die tijdens het sterven van de moederster zeer ver van de ster verwijderd waren. Of twee: op planeten die pas na het sterven van de moederster zijn ontstaan. “Sommige onderzoeken hebben middels simulaties aangetoond dat het mogelijk is dat planeten of manen die oorspronkelijk ver van de moederster verwijderd waren na de vorming van de witte dwerg door interacties met ander planeten richting de dode ster migreren,” vertelt Kozakis. “Dit soort objecten zouden tijdens het leven van de ster heel koud zijn geweest.” Dat heeft natuurlijk alles te maken met het feit dat ze aan de rand van hun stelsel vertoefden, op grote afstand van de warme moederster. Van ons eigen zonnestelsel weten we echter dat juist objecten die aan de rand te vinden zijn, bijzonder rijk zijn aan (bevroren) water. “Dus als zulke objecten naar het binnenste van hun stelsel migreren, ontdooien ze en zijn ze waterrijk.” En dat is veelbelovend, als je bedenkt dat water een belangrijke vereiste is voor leven zoals wij dat kennen. “Een andere mogelijkheid is dat zodra een stervende ster zijn buitenste lagen afstoot en er een planetaire nevel ontstaat, er vanuit het materiaal van die nevel weer nieuwe planeten voortkomen.” En zo kan een dode ster werelden om zich heen creëren waarop leven kan ontstaan en gedijen. Aan toekomstige telescopen de eer om dat leven te gaan vinden.

Mocht dat lukken, dan moet er naar verwachting nog behoorlijk wat werk verzet worden willen we een antwoord vinden op de vraag of het leven de dood van de ster overleefd heeft of uit die dood is voortgekomen. “Aangezien we tot op heden nog geen buitenaards leven hebben ontdekt, denk ik dat we nog veel meer over het leven te weten moeten komen alvorens we kunnen bepalen hoelang er op een gegeven planeet al leven is,” aldus Kozakis. “Maar ik denk dat we al veel zullen leren zodra de volgende generatie telescopen ons in staat gaan stelt om de atmosfeer van aardachtige exoplaneten uit te pluizen.”