Astronomie

Wie weit ist seine Wohnzone von Beteigeuze entfernt?

Wie weit ist seine Wohnzone von Beteigeuze entfernt?


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Beteigeuze ist ein roter Überriese oder Hyperriese im Sternbild Orion. Es ist einer der größten und hellsten Sterne, die von der Erde aus gesehen werden, und es wird erwartet, dass er bald zur Supernova wird. Die bewohnbare Zone oder Goldlöckchen-Zone ist die Entfernung vom Mutterstern, in der die Temperatur flüssiges Wasser auf der Oberfläche eines Planeten ermöglicht (falls der Planet eine Atmosphäre von mindestens ~0,0061 atm (Dreifachpunkt Wasser) hat). Wie weit ist die bewohnbare Zone von Beteigeuze in astronomischen Einheiten? Zum Vergleich: Die bewohnbare Zone der Sonne liegt bei etwa 0,7-1,7 astronomischen Einheiten (außer der Erde befinden sich Venus und Mars an ihren Rändern).


Niemand kennt die Grenzen der bewohnbaren Zone der Sonne oder wie breit oder schmal sie ist.

Hier ist ein Link zu einer Liste verschiedener Schätzungen der inneren oder äußeren oder beider Ränder der zirkumstellaren bewohnbaren Zone der Sonne:

https://en.wikipedia.org/wiki/Circumstellar_habitable_zone#Solar_System_estimates

Beachten Sie, dass eine bekannte Schätzung, die von Hart et al. 1979, macht die bewohnbare Zone sehr schmal, während eine andere bekannte Schätzung, die von Kasting et al. 1993, eine konservative bewohnbare Zone ergibt, die mehrere Male so breit ist wie die von Hart, und eine optimistische bewohnbare Zone, die noch breiter ist.

Und es gibt andere Schätzungen, bei denen der innere Rand der bewohnbaren Zone näher an oder weiter von der Sonne entfernt ist als der von Kasting und der äußere Rand der bewohnbaren Zone näher an oder weiter von der Sonne entfernt als der von Kasting.

Wenn Sie also alle Originaldokumente studieren, in denen diese Grenzen der bewohnbaren Zone vorgeschlagen wurden, können Sie entscheiden, welche für Sie am überzeugendsten sind, und dann die bewohnbare Zone für die Sonne zum Vergleich mit Beteigeuze verwenden, um die bewohnbare Zone von Beteigeuze zu bestimmen.

Auf dem sicheren Weg gehe ich davon aus, dass ein Planet genau so viel Strahlung von Beteigeuze erhalten müsste wie die Erde von der Sonne, um bewohnbar zu sein.

Laut Wikipedia hat Beteigeuze eine etwa 126.000-fache Leuchtkraft der Sonne.

https://en.wikipedia.org/wiki/Betelgeuse

Da die Quadratwurzel von 126.000 354,96 beträgt, sollte ein Planet, der um 354,96 AE von Beteigeuze umkreist, die gleiche Strahlungsmenge von Beteigeuze erhalten wie die Erde von der Sonne und sollte sich daher innerhalb der zirkumstellaren bewohnbaren Zone von Beteigeuze befinden, egal wie breit oder schmal diese bewohnbare Zone ist.

Aber Beteigeuze ist ein veränderlicher Stern. Seine Leuchtkraft variiert zwischen etwa dem 90.000- bis 150.000-fachen der Leuchtkraft der Sonne, so dass die Entfernung von Beteigeuze, wo ein Planet genau so viel Strahlung von Beteigeuze empfangen würde wie die Erde von der Sonne, zwischen 300 AE und 387.298 AE variieren würde.

Möglicherweise könnte ein Planet Beteigeuze mit einer etwas elliptischen Umlaufbahn umkreisen, so dass er Betelgeuse am nächsten war, als Beteigeuze am hellsten war, und am weitesten von Beteigeuze entfernt, als Beteigeuze am hellsten war, und erhält daher konstant die gleiche Strahlungsmenge wie die Erde von der Sonne.

Beteigeuze wird als halbregelmäßiger veränderlicher Stern klassifiziert, was darauf hinweist, dass eine gewisse Periodizität in den Helligkeitsänderungen erkennbar ist, aber Amplituden können variieren, Zyklen können unterschiedliche Längen haben und es kann Stillstände oder Unregelmäßigkeiten geben. Es wird in die Untergruppe SRc eingeordnet; dies sind pulsierende rote Überriesen mit Amplituden um eine Größenordnung und Perioden von zehn bis Hunderten von Tagen.[8]

https://en.wikipedia.org/wiki/Betelgeuse#Variabilität

Die halbregelmäßige Natur der Variabilität von Beteigeuze bedeutet, dass niemand auch nur anfangen könnte, eine Umlaufbahn um Beteigeuze zu entwerfen, die es einem Planeten ermöglichen würde, konstant die gleiche Strahlungsmenge zu empfangen, die die Erde von der Sonne erhält.

Planeten in der bewohnbaren Zone von Beteigeuze würden also mit der Veränderung des Sterns erheblich unterschiedliche Strahlungsmengen von Beteigeuze erhalten. Ob dies das Leben auf diesen hypothetischen Planeten unmöglich machen würde, ist unbekannt.

Ich darf hinzufügen, dass es noch mehr Probleme gibt, einen Planeten mit Bedingungen zu haben, die für das Leben im Orbit von Beteigeuze geeignet sind; die Antwort von antispinwards erwähnt einige davon.

Die Wahrscheinlichkeit, dass es Lebensformen auf Planeten geben wird, die Beteigeuze umkreisen, wenn Beteigeuze zu einer Supernova wird und alle ihre Planeten zerstört, scheint sehr, sehr, sehr gering zu sein.

Ich stelle fest, dass der Mensch im Großteil der Biosphäre der Erde nicht überleben kann. An den meisten Orten, an denen andere Lebensformen der Erde überleben können, können Menschen nicht überleben.

Eine Diskussion über die Bedingungen, die für das Überleben von Menschen oder ähnlichen Wesen notwendig sind, findet sich in Bewohnbare Planeten für den Menschen Stephen H. Dole, 1964, 2007.

https://www.rand.org/content/dam/rand/pubs/commercial_books/2007/RAND_CB179-1.pdf

Hier ist ein Link zu einer Liste der sonnennächsten Sterne und Braunen Zwerge, Sterne in einer Entfernung von 5 Parsec oder 16,3 Lichtjahren:

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_nearest_stars_and_brown_dwarfs

In einigen dieser Sternensysteme könnte es Welten mit irgendeiner Art von Leben geben.

Und was würde mit diesen hypothetischen Welten mit Leben passieren, die Sterne innerhalb von 5 Parsec oder 16,3 Lichtjahren von der Sonne umkreisen, wenn die Sonne zu einer Supernova würde? Die Sonne wird nie eine Supernova werden, aber wenn dies der Fall wäre, würden die Planeten dieser nahen Sterne während des Supernova-Ereignisses wahrscheinlich so viel Strahlung erhalten, dass ihre Ozeane und Atmosphären verkochen und ihre Oberflächen zu glühender Lava und allem Leben auf ihnen werden würde sterben.

Und eine Supernova könnte auf Welten in viel größerer Entfernung lebensgefährlich sein. Ich bin nicht sehr vertraut mit den Entfernungen, in denen eine Supernova alles Leben auf einem Planeten auslöschen würde.

In Beteigeuze wird in weniger als 100.000 Jahren eine Supernova-Explosion erwartet. Während dieser Zeit werden viele Sterne Beteigeuze immer näher kommen und sich dann immer weiter von Beteigeuze entfernen, da diese Sterne und Beteigeuze um das Zentrum der Galaxie kreisen.

Hier ist ein Link zu einer Liste von Sternen, die nach Berechnungen von Astronomen in den letzten drei Millionen Jahren innerhalb von 5 Lichtjahren an der Erde vorbeigezogen sind oder in den nächsten drei Millionen Jahren innerhalb von 5 Lichtjahren an der Erde vorbeiziehen werden.

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_nearest_stars_and_brown_dwarfs

Und es scheint mir, dass alle außerirdischen Astronomen auf einem Planeten, der einen Stern in der Nähe von Beteigeuze umkreist, sehr unzufrieden wären zu erfahren, dass ihr Stern Beteigeuze immer näher kommt und wahrscheinlich nur wenige Lichtjahre von Betelgeuse entfernt ist, wenn Beteigeuze Supernovae.


Das Konzept einer bewohnbaren Zone trifft auf einen Stern wie Beteigeuze wirklich nicht zu. Er ist nicht nur ein sehr instabiler und variabler Überriese, sondern auch ein außer Kontrolle geratener Stern, was darauf hindeutet, dass er früher Mitglied eines Mehrfachsternsystems mit einem Begleitstern war, der zur Supernova wurde. Seine relativ schnelle Rotation ist durch die Einzelsternentwicklung schwer zu erklären, was darauf hindeutet, dass er eine Sternverschmelzung durchlaufen hat (Wheeler et al. 2017, Chatzopoulos et al. 2020). Diese Ereignisse verheißen nichts Gutes für das Überleben von Planeten im Orbit, selbst wenn sich in der Umgebung des Vorläufersystems Planeten bilden könnten, die mehrere frühe Sterne vom Typ B oder O enthalten. Alle terrestrischen Planeten wären bestenfalls noch im Magma-Ozean-Stadium und hätten keine Zeit zum Abkühlen, bevor Beteigeuze selbst eine Supernova durchmacht.

Die Umgebung von Beteigeuze wird stark von stellarer Variabilität und Eruptionen erheblicher Materialmengen des Sterns selbst beeinflusst, wodurch eine Windumgebung entsteht, die die Bewohnbarkeit stark beeinträchtigen würde (z. B. durch atmosphärische Erosion), selbst wenn Sie irgendwie die richtige Art von Planeten in die Existenz gezaubert haben ein vage angemessener Abstand.


Bewohnbare Zonen, definiert durch die Gleichgewichtstemperatur, skalieren mit der Quadratwurzel der Leuchtkraft des Sterns. Was auch immer die bewohnbare Zone einschränkt $[a_{inner},a_{outer}]$ sind für die Sonne, für einen anderen Stern ist eine gute Anfangsschätzung $sqrt{L/L_odot}$ mal diese Grenzen*.

Für Beteigeuze ergibt das einfältige Quadratwurzelmodell eine zeitvariable bewohnbare Zone 300 bis 387 mal weiter draußen. Ein Planet könnte darin bleiben und eine ähnliche Breite annehmen wie die bewohnbare Zone in der Frage, vergrößert um diesen Faktor.

Wie die anderen Antworten zu Recht darauf hinweisen, gibt es viele Gründe, warum Beteigeuze wahrscheinlich keine bewohnbaren Welten um sich herum hat, aber diese Gründe haben (mit Ausnahme der Variabilität) nichts mit seiner Leuchtkraft zu tun. Das Problem bei der tatsächlichen Definition der bewohnbaren Zone (sogar im Sonnensystem) besteht darin, dass andere planetarische Eigenschaften wie atmosphärische Zusammensetzung, Wasseroberfläche, Druck, Rotation usw. sie auf nicht triviale Weise beeinflussen können: Die Grenzen sind nicht genau. Um die Dinge noch komplizierter zu machen, könnte man verlangen, dass ein Planet "lang genug" in der Zone bleibt, um Leben zu entwickeln, was erfordert, dass die stellare Evolution die Zone über die geeignete (unbekannte) Zeitspanne nicht über den Planeten hinaus verschiebt.

[* Warum die Quadratwurzelbeziehung? Ein Planet in der Ferne $a$ erhält $P_{in}=(pi r^2)( L / 4pi a^2)=r^2L/4a^2 $ Watt Sternenlicht. Es strahlt wie ein schwarzer Körper aus $P_{out}=4pi r^2 sigma T^4$ Watt. Schon seit $P_{in}=P_{out}$ wir bekommen $a^2=L/16pi sigma T^4$, oder $aproptosqrt{L}$ für eine feste bewohnbare Temperatur $T$. Offensichtlich wird dies zunächst durch die Gewächshausheizung kompliziert.]


Plausibilitätsprüfung – Habitable Planets around Red Giants

Während Planeten, die Zwillingssterne umkreisen, ein Grundnahrungsmittel der Science-Fiction sind, leben Menschen auf Planeten, die rote Riesensterne umkreisen. Der Großteil der Geschichte von Planet der Affen spielt auf einem Planeten um Beteigeuze. Planeten um Arkturus in Isaac Asimov’s Stiftung Serien bilden die Hauptstadt seines Sirius-Sektors. Der Heimatplanet von Superman soll den fiktiven Roten Riesen Rao umkreisen. Rassen auf diesen Planeten werden oft als alt und weise dargestellt, da ihre Sterne gealtert sind und sich dem Ende ihres Lebens nähern. Aber ist es wirklich plausibel, solche Planeten zu haben?

Sterne halten nicht ewig. Unsere eigene Sonne hat ein Verfallsdatum in etwa 5 Milliarden Jahren. Zu diesem Zeitpunkt wird die Menge an Wasserstoff im Kern der Sonne aufgebraucht sein. Derzeit erzeugt die Verschmelzung dieses Wasserstoffs zu Helium einen Druck, der den Stern daran hindert, aufgrund der Schwerkraft in sich zusammenzubrechen. Aber wenn es aufgebraucht ist, wird dieser Unterstützungsmechanismus weg sein und die Sonne wird anfangen zu schrumpfen. Dieses Schrumpfen führt dazu, dass sich der Stern wieder aufheizt und die Temperatur erhöht, bis eine Hülle aus Wasserstoff um den nun erschöpften Kern herum heiß genug wird, um die Arbeit des Kerns zu übernehmen und Wasserstoff zu Helium zu fusionieren beginnt. Diese neue Energiequelle drückt die äußeren Schichten des Sterns wieder nach außen, wodurch er auf das Tausendfache seiner vorherigen Größe anschwillt. In der Zwischenzeit wird die heißere Temperatur zum Zünden dieser Form der Fusion bedeuten, dass der Stern insgesamt 1.000- bis 10.000-mal so viel Licht abgibt, aber da diese Energie über eine so große Oberfläche verteilt ist, erscheint der Stern rot, daher die Name.

Das ist also ein roter Riese: Ein sterbender Stern, der angeschwollen und sehr hell ist.

Werfen wir nun einen Blick auf die andere Hälfte der Gleichung, nämlich was bestimmt die Bewohnbarkeit eines Planeten? Da in diesen Science-Fiction-Geschichten unweigerlich Menschen auf der Oberfläche herumlaufen, müssen einige ziemlich strenge Kriterien eingehalten werden.

Zunächst einmal darf die Temperatur nicht zu heiß und nicht zu kalt sein. Mit anderen Worten, der Planet muss sich in der bewohnbaren Zone befinden, die auch als „Goldlöckchen-Zone“ bekannt ist. Dies ist im Allgemeinen ein ziemlich großer Streifen himmlischer Immobilien. In unserem eigenen Sonnensystem reicht es ungefähr von der Umlaufbahn der Venus bis zur Umlaufbahn des Mars. Aber was Mars und Venus unwirtlich und die Erde relativ gemütlich macht, ist unsere Atmosphäre. Im Gegensatz zum Mars ist er dick genug, um einen Großteil der Wärme zu speichern, die wir von der Sonne erhalten, aber nicht zu viel davon wie bei der Venus.

Dieses Diagramm zeigt die Entfernungen der Planeten im Sonnensystem (obere Reihe) und im Gliese 581-System (untere Reihe) von ihren jeweiligen Sternen (links). Die habitable Zone ist als blauer Bereich gekennzeichnet, was zeigt, dass sich Gliese 581 d innerhalb der habitablen Zone um seinen massearmen roten Stern befindet. Basierend auf einem Diagramm von Franck Selsis, Univ. von Bordeaux. Bildnachweis: ESO

Die Atmosphäre ist auch in anderer Hinsicht entscheidend. Offensichtlich ist es das, was die unerschrockenen Entdecker atmen werden. Wenn zu viel CO . ist2, es wird nicht nur zu viel Wärme speichern, sondern auch das Atmen erschweren. Auch CO2 blockiert das UV-Licht der Sonne nicht und die Krebsrate würde steigen. Wir brauchen also eine sauerstoffreiche Atmosphäre, aber nicht zu sauerstoffreich, sonst gibt es nicht genug Treibhausgase, um den Planeten warm zu halten.

Das Problem dabei ist, dass sauerstoffreiche Atmosphären ohne Hilfe einfach nicht existieren. Sauerstoff ist eigentlich sehr reaktiv. Es geht gerne Bindungen ein, wodurch es nicht verfügbar ist, frei in der Atmosphäre zu sein, wie wir es wollen. Es bildet Dinge wie H2O, CO2, Oxide, etc… Aus diesem Grund haben Mars und Venus praktisch keinen freien Sauerstoff in ihrer Atmosphäre. Was sie tun, kommt von UV-Licht, das auf die Atmosphäre trifft und die gebundenen Formen löst, wodurch der Sauerstoff vorübergehend freigesetzt wird.

Die Erde hat nur so viel freien Sauerstoff wie durch die Photosynthese. Dies gibt uns ein weiteres Kriterium, das wir benötigen, um die Bewohnbarkeit zu bestimmen: die Fähigkeit, Photosynthese zu produzieren.

Also fangen wir an, das alles zusammenzufügen.

Erstens wird die Entwicklung des Sterns, wenn er die Hauptreihe verlässt, anschwellen, wenn er zu einem roten Riesen wird und heller und heißer wird, dazu führen, dass die „Goldlöckchen-Zone“ nach außen schweift. Planeten, die früher bewohnbar waren, wie die Erde, werden geröstet, wenn sie nicht vollständig von der Sonne verschluckt werden, während sie wächst. Stattdessen wird die bewohnbare Zone weiter draußen liegen, mehr dort, wo sich Jupiter jetzt befindet.

Aber selbst wenn ein Planet in dieser neuen bewohnbaren Zone wäre, bedeutet dies nicht, dass er unter der Bedingung bewohnbar ist, dass er auch eine sauerstoffreiche Atmosphäre hat. Dazu müssen wir die Atmosphäre durch Photosynthese von einer sauerstoffarmen in eine sauerstoffreiche umwandeln.

Die Frage ist also, wie schnell kann das passieren? Zu langsam und die bewohnbare Zone könnte bereits vorbeigezogen sein oder dem Stern könnte der Wasserstoff in der Hülle ausgegangen sein und er begann sich wieder zusammenzuziehen, nur um die Heliumfusion im Kern zu zünden, wodurch der Planet erneut gefriert.

Das einzige Beispiel, das wir bisher haben, ist auf unserem eigenen Planeten. In den ersten drei Milliarden Lebensjahren gab es wenig freien Sauerstoff, bis photosynthetische Organismen entstanden und begannen, ihn auf ein Niveau umzuwandeln, das dem heutigen ähnelt. Dieser Prozess dauerte jedoch mehrere hundert Millionen Jahre. Während dies mit gentechnisch veränderten Bakterien, die auf dem Planeten ausgesät werden, wahrscheinlich um eine Größenordnung auf zig Millionen Jahre erhöht werden könnte, müssen wir noch sicherstellen, dass die Zeitskalen funktionieren.

Es stellt sich heraus, dass die Zeitskalen für verschiedene Sternenmassen unterschiedlich sein werden. Massivere Sterne verbrennen ihren Brennstoff schneller und werden dadurch kürzer. Bei Sternen wie der Sonne kann die Phase des Roten Riesen etwa 1,5 Milliarden Jahre dauern, also

100x länger als nötig, um eine sauerstoffreiche Atmosphäre zu entwickeln. Für Sterne, die doppelt so massereich sind wie die Sonne, sinkt diese Zeitskala auf nur 40 Millionen Jahre und nähert sich damit der unteren Grenze dessen, was wir brauchen. Noch massereichere Sterne werden sich noch schneller entwickeln. Damit dies plausibel ist, brauchen wir Sterne mit geringerer Masse, die sich langsamer entwickeln. Eine grobe Obergrenze wäre hier ein Stern mit zwei Sonnenmassen.

Es gibt jedoch noch einen weiteren Effekt, über den wir uns Sorgen machen müssen: Können wir genug CO . haben?2 in der Atmosphäre, um überhaupt Photosynthese zu betreiben? Kohlendioxid ist zwar nicht annähernd so reaktiv wie Sauerstoff, wird aber auch aus der Atmosphäre entfernt. Dies ist auf Effekte wie Silikatverwitterung wie CO . zurückzuführen2 + CaSiO3 –> CaCO3 + SiO2. Während diese Effekte langsam sind, bauen sie sich mit geologischen Zeitskalen auf. Dies bedeutet, dass wir keine alten Planeten haben können, da sie all ihr freies CO . gehabt hätten2 in die Oberfläche eingesperrt. Dieses Gleichgewicht wurde in einem 2009 veröffentlichten Papier untersucht und festgestellt, dass für einen Erdmassenplaneten das freie CO2 wäre erschöpft, lange bevor der Mutterstern überhaupt die Phase des Roten Riesen erreicht hat!

Wir brauchen also Sterne mit geringer Masse, die sich langsam entwickeln, um genug Zeit zu haben, die richtige Atmosphäre zu entwickeln, aber wenn sie sich so langsam entwickeln, dann gibt es nicht genug CO2 links, um die Atmosphäre trotzdem zu bekommen! Wir bleiben bei einem echten Catch 22. Der einzige Weg, dies wieder machbar zu machen, besteht darin, einen Weg zu finden, ausreichende Mengen an neuem CO . einzuführen2 in die Atmosphäre, gerade als die bewohnbare Zone vorbeizieht.

Glücklicherweise gibt es einige ziemlich große Lagerstätten von CO2 nur herumfliegen! Kometen bestehen hauptsächlich aus gefrorenem Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. Ein paar von ihnen auf einen Planeten zu stürzen, würde ausreichend CO . einbringen2 um möglicherweise die Photosynthese in Gang zu setzen (sobald sich der Staub gelegt hat). Tun Sie das ein paar hunderttausend Jahre, bevor der Planet die bewohnbare Zone betreten würde, warten Sie zehn Millionen Jahre, und dann könnte der Planet möglicherweise noch weitere Milliarden Jahre bewohnbar sein.

Letztendlich wäre dieses Szenario plausibel, aber nicht gerade eine gute persönliche Investition, da Sie schon lange tot sein würden, bevor Sie die Vorteile ernten können. Eine langfristige Strategie für das Überleben einer Weltraumtierart vielleicht, aber keine schnelle Lösung, um Kolonien und Außenposten zu zerstören.

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So was:


Ideen, Erfindungen und Innovationen

Die Erde ist immer noch sicher, da es laut einer neuen Studie eines internationalen Forscherteams, darunter ein ungarischer Astronom, noch 100.000 Jahre dauern kann, bis der Stern bei einer feurigen Supernova-Explosion stirbt.

Beteigeuze ist einer der bekanntesten Sterne des Winterhimmels und markiert die linke Schulter des Sternbildes Orion. Ein internationales Wissenschaftlerteam, zu dem auch László Molnár, Astronom am Forschungszentrum für Astronomie und Geowissenschaften (CSFK) des Eötvös Loránd Research Network, gehörte, hat sich dieses faszinierende Himmelsobjekt genauer angesehen. Ihre im Astrophysical Journal veröffentlichte Arbeit zeigt, dass es sowohl kleiner als auch näher an der Erde ist als bisher angenommen.

Die Oberfläche von Beteigeuze, wie sie in den direkten Bildern des Very Large Telescope der ESO zu sehen ist. Das Bild vom Januar 2019 zeigt große Teile des Sterns verblasst, was auf eine Staubwolke vor dem Stern hindeuten könnte.

Bildnachweis: ESO/M. Montargès et al.

Der leuchtend rote Überriese fasziniert Wissenschaftler seit langem. Aber in letzter Zeit verhält es sich seltsam. “Er ist normalerweise einer der hellsten Sterne am Himmel, aber wir haben seit Ende 2019 zwei Helligkeitsabfälle von Beteigeuze beobachtet,” Dr. Meridith Joyce von der Australian National University (ANU), Leiterin der Studie , und häufiger Besucher des Konkoly-Observatoriums von CSFK, sagte. “Dies führte zu Spekulationen, dass es kurz vor der Explosion stehen könnte. Aber unsere Studie bietet eine andere Erklärung. Wir wissen jetzt, dass das erste Dimmereignis eine Staubwolke beinhaltete. Wir fanden heraus, dass das zweite kleinere Ereignis wahrscheinlich auf die Pulsationen des Sterns zurückzuführen war.”

Die Forscher konnten mithilfe evolutionärer, hydrodynamischer und seismischer Modellierungen mehr über die Physik erfahren, die diese Pulsationen antreibt – und eine klarere Vorstellung davon bekommen, in welcher Phase ihres Lebens sich Beteigeuze befindet. Laut Co-Autor Dr. Shing-Chi Leung von Die Analyse der Universität von Tokio “bestätigte, dass Druckwellen – im Wesentlichen Schallwellen— waren die Ursache der Pulsation von Beteigeuze”

Abb. 1: Aktuelle Helligkeitsschwankungen von Beteigeuze. Stellare Pulsation bewirkt, dass die Helligkeit des Sterns variiert, aber der große Helligkeitsabfall Anfang 2020 ist beispiellos. Ein Vergleich von Direktaufnahmen der Oberfläche von Beteigeuze zwischen Januar 2019 und Dezember 2019 zeigt, dass große Teile des Sterns im Dezember 2019 verblasst sind, was auf eine Staubwolke vor ihm hindeuten könnte. Die Bilder wurden vom Very Large Telescope des European Southern Observatory’s (ESO’s) aufgenommen. (Quelle: ESO/M. Montargès et al.) Helligkeitsdaten siehe Bildunterschrift 2.

Beteigeuze ist normalerweise einer der hellsten und bekanntesten Sterne des Winterhimmels und markiert die linke Schulter des Sternbildes Orion. In letzter Zeit verhält es sich jedoch seltsam: Anfang 2020 wurde ein beispiellos starker Helligkeitsabfall beobachtet (Abbildung 1), was zu Spekulationen über eine Explosion von Beteigeuze geführt hat.

Um mehr herauszufinden, hat ein internationales Team von Wissenschaftlern, darunter Ken'ichi Nomoto vom Kavli-Institut für Physik und Mathematik des Universums (Kavli IPMU), Beteigeuze einer strengen Untersuchung unterzogen. Sie kamen zu dem Schluss, dass sich der Stern in der frühen Kern-Helium-Brennphase befindet (was mehr als 100.000 Jahre vor einer Explosion dauert) und eine kleinere Masse und einen kleineren Radius hat und näher an der Erde ist, als bisher angenommen. Sie zeigten auch, dass kleinere Helligkeitsschwankungen von Beteigeuze durch stellare Pulsationen angetrieben wurden, und schlugen vor, dass das jüngste große Verdunkelungsereignis eine Staubwolke beinhaltete.

Das Forschungsteam wird von Dr. Meridith Joyce von der Australian National University (ANU) geleitet, die im Januar 2020 eingeladener Redner an der Kavli IPMU war, und umfasst Dr. Shing-Chi Leung, eine ehemalige Kavli IPMU-Projektforscherin und derzeitige Postdoktorandin Stipendiat am California Institute of Technology und Dr. Chiaki Kobayashi, außerordentlicher Professor an der University of Hertfordshire, der Mitglied der Kavli IPMU war.

Abb. 2: Helligkeitsschwankungen von Beteigeuze in den letzten 15 Jahren. Datenlücken sind Zeiträume, in denen Beteigeuze nicht jedes Jahr am Nachthimmel zu sehen ist. Die Helligkeitsdaten wurden von den Beobachtern der American Association of Variable Star Observers (AAVSO) und dem Solar Mass-Ejection Imager Instrument im Weltraum gesammelt. Daten von letzterem wurden von László Molnár vom Konkoly-Observatorium des CSFK in Budapest, Ungarn, verarbeitet.

Bildnachweis: L. Molnár, AAVSO, UCSD/SMEI, NA-SA/STEREO/HI

Das Team analysierte die Helligkeitsvariation von Beteigeuze (Abbildung 2) mithilfe von evolutionären, hydrodynamischen und seismischen Modellen. Sie kamen zu einer klareren Vorstellung als zuvor, dass Beteigeuze derzeit Helium in seinem Kern verbrennt. Sie zeigten auch, dass stellare Pulsationen, die durch den sogenannten Kappa-Mechanismus angetrieben werden, dazu führen, dass der Stern mit zwei Perioden von 185 (䔱.5) Tagen und etwa 400 Tagen kontinuierlich heller oder schwächer wird. Der große Helligkeitsabfall Anfang 2020 ist jedoch beispiellos und ist wahrscheinlich auf eine Staubwolke vor Beteigeuze zurückzuführen, wie im Bild zu sehen ist (Abbildung 1).

Ihre Analyse ergab eine heutige Masse von 16,5 bis 19 Sonnenmassen, was etwas niedriger ist als die neuesten Schätzungen. Die Studie ergab auch, wie groß Beteigeuze ist und wie weit sie von der Erde entfernt ist. Die tatsächliche Größe des Sterns war ein Rätsel: Frühere Studien zum Beispiel deuteten darauf hin, dass er größer sein könnte als die Umlaufbahn des Jupiter. Die Ergebnisse des Teams zeigten jedoch, dass Beteigeuze sich nur auf zwei Drittel davon ausdehnt, mit einem Radius, der das 750-fache des Sonnenradius beträgt. Sobald die physikalische Größe des Sterns bekannt ist, wird es möglich sein, seine Entfernung von der Erde zu bestimmen. Bisher zeigen die Ergebnisse des Teams, dass es nur 530 Lichtjahre von uns entfernt ist, oder 25 Prozent näher als bisher angenommen.

Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass Beteigeuze keineswegs kurz vor einer Explosion steht und dass es zu weit von der Erde entfernt ist, als dass eine mögliche Explosion hier signifikante Auswirkungen haben könnte, obwohl es immer noch eine wirklich große Sache ist, wenn eine Supernova ausbricht. Und da Beteigeuze der nächste Kandidat für eine solche Explosion ist, gibt uns dies die seltene Gelegenheit zu untersuchen, was mit solchen Sternen passiert, bevor sie explodieren.

Kontakte und Quellen:
Ken'ichi Nomoto / John Amari
Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe, The University of Tokyo
Kavli-Institut für Physik und Mathematik des Universums (Kavli IPMU)

Veröffentlichung: Zeitschrift: The Astrophysical Journal

Titel: Auf den Schultern von Riesen stehen: Neue Massen- und Entfernungsschätzungen für Beteigeuze durch kombinierte evolutionäre, asteroseismische und hydrodynamische Simulationen mit MESA

Autoren: Meridith Joyce (1,2), Shing-Chi Leung (3), László Molnár (4, 5, 6), Michael Ireland (1), Chiaki Kobayashi (2, 7, 8), Ken'ichi Nomoto (8 )

Zugehörigkeit zum Autor:
1. Research School of Astronomy and Astrophysics, Australian National University (ANU), Canberra, ACT 2611, Australien
2. ARC Center of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3D), Australien
3. TAPIR, Walter Burke Institute for Theoretical Physics, Mailcode 350-17, Caltech, Pasadena, CA 91125, USA
4. Konkoly-Observatorium, Forschungszentrum für Astronomie und Geowissenschaften (CSFK), Konkoly-Thege út 15-17, H-1121 Budapest, Ungarn
5. MTA CSFK Lendulet Near-Field Cosmology Research Group, Konkoly-Thege út 15-17, H-1121 Budapest, Ungarn
6. ELTE Eotvs Loránd Universität, Institut für Physik, Budapest, 1117, Páz mány Péter sétány 1 / A, Ungarn
7. Center for Astrophysics Research, Department of Physics, Astronomy and Mathematics, University of Hertfordshire, College Lane, Hatfield AL10 9AB, UK
8. Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI), The University of Tokyo Institutes for Advanced Study, The University of Tokyo, Kashiwa, Chiba 277-8583, Japan


Wie viele bewohnbare Planeten gibt es?

Dank neuer Forschungen mit Daten des Weltraumteleskops Kepler wird geschätzt, dass es in unserer Galaxie bis zu 300 Millionen potenziell bewohnbare Planeten geben könnte. Einige könnten sogar ziemlich nahe sein, wobei einige wahrscheinlich innerhalb von 30 Lichtjahren von unserer Sonne entfernt sind. Die Ergebnisse werden veröffentlicht in Das astronomische Journal, und die Forschung war eine Zusammenarbeit von Wissenschaftlern der NASA, des SETI-Instituts und anderer Organisationen weltweit.

"Dies ist das erste Mal, dass alle Teile zusammengefügt wurden, um eine zuverlässige Messung der Anzahl potenziell bewohnbarer Planeten in der Galaxie zu ermöglichen", sagte Koautor Jeff Coughlin, Exoplanetenforscher am SETI-Institut und Direktor von Kepler's Wissenschaftsbüro. „Dies ist ein Schlüsselbegriff der Drake-Gleichung, der verwendet wird, um die Anzahl der übertragbaren Zivilisationen zu schätzen – wir sind auf dem langen Weg, um herauszufinden, ob wir allein im Kosmos sind, einen Schritt näher gekommen.“

Die Drake-Gleichung ist ein probabilistisches Argument, das die zu berücksichtigenden Faktoren bei der Schätzung der potenziellen Anzahl technologisch fortgeschrittener Zivilisationen in der Galaxie, die entdeckt werden könnten, detailliert beschreibt. Die Drake-Gleichung wird auch oft als Fahrplan für die Astrobiologie angesehen und leitet einen Großteil der Forschung am SETI-Institut.

Um eine vernünftige Schätzung zu entwickeln, haben die Forscher Exoplaneten untersucht, die der Größe der Erde ähnlich sind und daher höchstwahrscheinlich Gesteinsplaneten sind. Sie betrachteten auch sogenannte sonnenähnliche Sterne, etwa im gleichen Alter wie unsere Sonne und ungefähr gleicher Temperatur. Eine weitere Überlegung für die Bewohnbarkeit ist, ob der Planet die notwendigen Bedingungen haben könnte, um flüssiges Wasser zu unterstützen.

Eine Illustration, die das Erbe des Weltraumteleskops Kepler der NASA darstellt. Nach neun Jahren im Weltraum, in denen Daten gesammelt wurden, die zeigten, dass unser Nachthimmel mit Milliarden von versteckten Planeten gefüllt ist – mehr Planeten sogar als Sterne – ging dem NASA-Weltraumteleskop Kepler 2018 der Treibstoff aus, der für weitere wissenschaftliche Operationen benötigt wird. Bildnachweis: NASA/Ames Research Mitte/W. Stenzel/D. Rutter. Quelle: Ein neuer Blick auf unsere Sternennacht

Frühere Schätzungen zur Bestimmung der Anzahl potenziell bewohnbarer Exoplaneten in unserer Galaxie basierten stark auf der Entfernung des Planeten von seinem Stern. Diese neue Forschung berücksichtigt auch, wie viel Licht von seinem Stern auf den Planeten trifft, was sich auf die Wahrscheinlichkeit auswirken würde, dass der Planet flüssiges Wasser unterstützen könnte. Dazu betrachtete das Team nicht nur Kepler-Daten, sondern auch Daten der Gaia-Mission der Europäischen Weltraumorganisation ESA darüber, wie viel Energie der Stern des Planeten aussendet.

Durch die Berücksichtigung von Kepler- und Gaia-Daten spiegeln die Ergebnisse die Vielfalt der Sterne, Sonnensysteme und Exoplaneten in unserer Galaxie besser wider.

„Zu wissen, wie häufig verschiedene Arten von Planeten vorkommen, ist für die Planung anstehender Exoplaneten-Suchmissionen äußerst wertvoll“, sagte Co-Autorin Michelle Kunimoto, die nach ihrer Promotion über Exoplaneten-Auftrittsraten an der University of British Columbia an diesem Papier arbeitete. und trat vor kurzem dem Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS)-Team am Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, Massachusetts, bei. "Um ihre Erfolgschancen zu maximieren, werden Umfragen zu kleinen, potenziell bewohnbaren Planeten um sonnenähnliche Sterne von solchen Ergebnissen abhängen."

Es bedarf weiterer Forschung, um zu verstehen, welche Rolle die Atmosphäre eines Planeten für seine Fähigkeit zur Aufnahme von flüssigem Wasser spielt. In dieser Analyse verwendeten die Forscher eine konservative Schätzung der Wirkung der Atmosphäre, um das Auftreten sonnenähnlicher Sterne mit Gesteinsplaneten abzuschätzen, die flüssiges Wasser haben könnten.

Die Kepler-Mission, die 2018 offiziell die Datenerhebung eingestellt hat, hat über 2.800 bestätigte Exoplaneten identifiziert, wobei mehrere tausend weitere Kandidaten auf ihre Bestätigung warten. Bisher haben Forscher in Kepler-Daten mehrere hundert Planeten in der bewohnbaren Zone ihres Sterns identifiziert. Es kann eine Weile dauern, alle 300 Millionen zu finden!


Bewohnbare Zonen

Eine künstlerische Konzeption der habitablen Zone (grüner Ring) um 55 Cancri, einem Stern, von dem bekannt ist, dass er einen großen Planeten in dieser temperaturgeeigneten Region umkreist, in der Wasser flüssig sein könnte. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech

(PhysOrg.com) -- Die "habitable Zone" ist die Region um einen Stern, in der ein geeigneter Planet die für das Leben notwendigen Bedingungen aufrechterhalten könnte. Die meisten Astronomen gehen davon aus, dass dies die Region ist, in der das Gleichgewicht zwischen der stellaren Strahlung auf den Planeten und der Strahlungskühlung des Planeten Wasser auf der Oberfläche flüssig macht. Diese Definition geht auch davon aus, dass der Planet eine Atmosphäre und eine feste Oberfläche hat. In unserem Sonnensystem liegt die Erde gemütlich in der Mitte der bewohnbaren Zone, die sich je nach Modell etwa von der Venus bis zum Mars erstreckt.

Der Satellit Kepler hat kürzlich die Entdeckung von 1235 Planetenkandidaten um andere Sterne angekündigt. Wie viele dieser Exoplaneten liegen in ihren bewohnbaren Zonen und könnten (zumindest in diesem Ausmaß) geeignete Wirte für das Leben sein? Das ursprüngliche Kepler-Papier kam zu dem Schluss, dass sich 54 in ihren bewohnbaren Zonen befanden.

Die CfA-Astronomen Lisa Kaltenegger (jetzt am Max-Planck-Institut für Astronomie) und Dimitar Sasselov haben die Bedingungen genauer untersucht, die ein Planet in seiner bewohnbaren Zone braucht. Sie berücksichtigen fünf Faktoren genauer: den einfallenden stellaren Fluss und seinen spektralen Charakter, die Exzentrizität des Planeten (wie sich seine Entfernung vom Stern während seiner Umlaufbahn unterscheidet), das Reflexionsvermögen des Planeten einschließlich der Auswirkungen einer teilweisen Wolkenbedeckung, die Treibhausgaskonzentration, und schließlich einige Details der Atmosphäre des Planeten.

Mit einigen vernünftigen Annahmen stellen die Wissenschaftler fest, dass sich die bewohnbare Zone im Fall des Sonnensystems von der Umlaufbahn der Venus bis weit über die Umlaufbahn des Mars hinaus erstreckt (nahezu bis zum inneren Rand des Asteroidenhauptgürtels). When they apply their models to the 1235 candidates in the current Kepler catalog they find that the original estimate of fifty-four planets was far too high.

A more accurate estimate finds that only six of the Kepler exoplanetary candidates could be in a habitable zone, assuming that they have atmospheres. The results are another important step in refining the search for Earth-like planets (not just Earth-sized planets) around other stars.


Famous Red Star Betelgeuse is Spinning Faster than Expected May Have Swallowed a Companion 100,000 Years Ago

AUSTIN — Astronomer J. Craig Wheeler of The University of Texas at Austin thinks that Betelgeuse, the bright red star marking the shoulder of Orion, the hunter, may have had a past that is more interesting than meets the eye. Working with an international group of undergraduate students, Wheeler has found evidence that the red supergiant star may have been born with a companion star, and later swallowed that star. The research is published today in the journal Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.

For such a well-known star, Betelgeuse is mysterious. Astronomers know that it’s a red supergiant, a massive star that is nearing the end of its life and so has bloated up to many times its original size. Someday it will explode as a supernova, but no one knows when.

“It might be ten thousand years from now, or it might be tomorrow night,” Wheeler, a supernova expert, said.

A new clue to the future of Betelgeuse involves its rotation. When a star inflates to become a supergiant, its rotation should slow down. “It’s like the classic spinning ice skater — not bringing her arms in, but opening her arms up,” Wheeler said. As the skater opens her arms, she slows down. So, too, should Betelgeuse’s rotation have slowed as the star expanded. But that is not what Wheeler’s team found.

“We cannot account for the rotation of Betelgeuse,” Wheeler said. “It’s spinning 150 times faster than any plausible single star just rotating and doing its thing.”

He directed a team of undergraduates including Sarafina Nance, Manuel Diaz, and James Sullivan of The University of Texas at Austin, as well as visiting students from China and Greece, to study Betelgeuse with a computer modeling program called MESA. The students used MESA to model Betelgeuse’s rotation for the first time.

Wheeler said in contemplating the star’s puzzlingly fast rotation, he began to speculate. “Suppose Betelgeuse had a companion when it was first born? And let’s just suppose it is orbiting around Betelgeuse at an orbit about the size that Betelgeuse is now. And then Betelgeuse turns into a red supergiant and absorbs it — swallows it.”

He explained that the companion star, once swallowed, would transfer the angular momentum of its orbit around Betelgeuse to that star’s outer envelope , speeding Betelgeuse’s rotation.

Wheeler estimates that the companion star would have had about the same mass as the Sun, in order to account for Betelgeuse’s current spin rate of 15 km/sec.

While an interesting idea, is there any evidence for this swallowed-companion theory? In a word: perhaps.

If Betelgeuse did swallow a companion star, it’s likely that the interaction between the two would cause the supergiant to shoot some matter out into space, Wheeler said.

Knowing how fast matter comes off of a red giant star, about 10 km/sec, Wheeler said he was able to roughly estimate how far from Betelgeuse this matter should be today.

“And then I went to the literature, in my naiveté, and read about Betelgeuse, and it turns out there’s a shell of matter sitting beyond Betelgeuse only a little closer than what I had guessed,” Wheeler said.

Infrared images taken of Betelgeuse in 2012 by Leen Decin of the University of Leuven in Belgium with the orbiting Herschel telescope show two shells of interacting matter on one side of Betelgeuse. Various interpretations exist some say that this matter is a bow shock created as Betelgeuse’s atmosphere pushes through the interstellar medium as it races through the galaxy.

No one knows the origin with certainty. But “the fact is,” Wheeler said, “there is evidence that Betelgeuse had some kind of commotion on roughly this timescale” — that is, 100,000 years ago when the star expanded into a red supergiant.

The swallowed companion theory could explain both Betelgeuse’s rapid rotation and this nearby matter.

Wheeler and his team of students are continuing their investigations into this enigmatic star. Next, he says, they hope to probe Betelgeuse using a technique called “asteroseismology” — looking for sound waves impacting the surface of the star, to get clues to what’s happening deep inside its obscuring cocoon. They will also use the MESA code to better understand what would happen if Betelgeuse ate a companion star.

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Dr. J. Craig Wheeler, Samuel T. and Fern Yanagisawa Regents Professor
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Betelgeuse is Heading for a Collision

Multiple arcs are revealed around Betelgeuse, the nearest red supergiant star to Earth, in this new image from ESA’s Herschel space observatory. The star and its arc-shaped shields could collide with an intriguing dusty ‘wall’ in 5000 years.

Composite color image of Betelgeuse. North is to the top left, east is to the bottom left, and the image is about 25 arcminutes across. The star ( center ) is surrounded by a clumpy envelope of material in its immediate vicinity. A series of arcs 6–7 arcminutes to the left of the star is material ejected from Betelgeuse as it evolved into a red supergiant star, shaped by its bow shock interaction with the interstellar medium. A faint linear bar of dust is illuminated at a distance of 9 arcminutes and may represent a dusty filament connected to the local Galactic magnetic field or the edge of an interstellar cloud. If so, then Betelgeuse’s motion across the sky implies that the arcs will hit the wall in 5000 years time, with the star colliding with the wall 12 500 years later. Bildnachweis: ESA/Herschel/PACS/L. Decin et al

Betelgeuse rides on the shoulder of the constellation Orion the Hunter. It can easily be seen with the naked eye in the northern hemisphere winter night sky as the orange–red star above and to the left of Orion’s famous three-star belt.

Roughly 1000 times the diameter of our Sun and shining 100,000 times more brightly, Betelgeuse’s impressive statistics come with a cost. For this star is likely on its way to a spectacular supernova explosion, having already swelled into a red supergiant and shed a significant fraction of its outer layers.

The new far-infrared view from Herschel shows how the star’s winds are crashing against the surrounding interstellar medium, creating a bow shock as the star moves through space at speeds of around 30 km/s.

A series of broken, dusty arcs ahead of the star’s direction of motion testify to a turbulent history of mass loss.

Closer to the star itself, an inner envelope of material shows a pronounced asymmetric structure. Large convective cells in the star’s outer atmosphere have likely resulted in localised, clumpy ejections of dusty debris at different stages in the past.

An intriguing linear structure is also seen further away from the star, beyond the dusty arcs. While some earlier theories proposed that this bar was a result of material ejected during a previous stage of stellar evolution, analysis of the new image suggests that it is either a linear filament linked to the Galaxy’s magnetic field, or the edge of a nearby interstellar cloud that is being illuminated by Betelgeuse.

If the bar is a completely separate object, then taking into account the motion of Betelgeuse and its arcs and the separation between them and the bar, the outermost arc will collide with the bar in just 5000 years, with the red supergiant itself hitting the bar roughly 12,500 years later.


In the zone: How scientists search for habitable planets

This artist's concept shows a Super Venus planet on the left, and a Super Earth on the right. Researchers use a concept known as the habitable zone to distinguish between these two types of planets, which exist beyond our solar system. Credit: NASA/JPL-Caltech/Ames

There is only one planet we know of, so far, that is drenched with life. That planet is Earth, as you may have guessed, and it has all the right conditions for critters to thrive on its surface. Do other planets beyond our solar system, called exoplanets, also host life forms?

Astronomers still don't know the answer, but they search for potentially habitable planets using a handful of criteria. Ideally, they want to find planets just like Earth, since we know without a doubt that life took root here. The hunt is on for planets about the size of Earth that orbit at just the right distance from their star - in a region termed the habitable zone.

NASA's Kepler mission is helping scientists in the quest to find these worlds, sometimes called Goldilocks planets after the fairy tale because they orbit where conditions are "just right" for life. Kepler and other telescopes have confirmed a handful so far, all of which are a bit larger than Earth—the Super Earths. The search for Earth's twin, a habitable-zone planet as small as Earth, is ongoing.

An important part of this research is the continuing investigation into exactly where a star's habitable zone starts and stops.

The habitable zone is the belt around a star where temperatures are ideal for liquid water—an essential ingredient for life as we know it—to pool on a planet's surface. Earth lies within the habitable zone of our star, the sun. Beyond this zone, a planet would probably be too cold and frozen for life (though it's possible life could be buried underneath a moon's surface). A planet lying between a star and the habitable zone would likely be too hot and steamy.

That perfect Goldilocks planet within the zone wouldn't necessarily be home to any furry creatures. But it would have the potential for some type of life to abound, if even microbes.

In one new study, researchers based at NASA's Exoplanet Science Institute at the California Institute of Technology, in Pasadena, Calif., carefully analyzed the location of both a planet called Kepler-69c and its habitable zone. Their analysis shows that this planet, which is 1.7 times the size of Earth, lies just outside the inner edge of the zone, making it more of a Super Venus than a Super Earth, as previous estimates indicated.

"On the way to finding Earths, Kepler is telling us a lot about the frequency of Venus-like planets in our galaxy," said Stephen Kane, lead author of the new paper on Kepler-69c appearing in the Astrophysical Journal Letters.

To determine the location of a star's habitable zone, one must first learn how much total radiation it emits. Stars more massive than our sun are hotter, and blaze with radiation, so their habitable zones are farther out. Similarly, stars that are smaller and cooler sport tighter belts of habitability than our sun. For example, the Super Earth planet called Kepler-62f, discovered by Kepler to orbit in the middle of a habitable zone around a cool star, orbits closer to its star than Earth. The planet takes just 267 days to complete an orbit, as compared to 365 days for Earth.

Knowing precisely how far away a habitable zone needs to be from a star also depends on chemistry. For example, molecules in a planet's atmosphere will absorb a certain amount of energy from starlight and radiate the rest back out. How much of this energy is trapped can mean the difference between a turquoise sea and erupting volcanoes.

Researchers led by Ravi kumar Kopparapu of Penn State University, University Park, Pa., used this type of chemical information to nudge the habitable zone out a bit farther than previously thought. The team's 2013 Astrophysical Journal study is the current gold standard in determining how a star's total radiation output relates to the location of its habitable zone. Kane and his colleagues used this information to fine-tune the boundaries of Kepler-69c's habitable zone, in addition to careful measurements of the star's total energy output and the orbit of the planet.

"Understanding the properties of the star is critical to determining planetary properties and calculating the extent of the habitable zone in that system," said Kane.

But before you purchase real estate in a habitable zone, keep in mind there are other factors that dictate whether a world develops lush greenery and beaches. Eruptions from the surfaces of stars called flares, for example, can wreak havoc on planets.

"There are a lot of unanswered questions about habitability," said Lucianne Walkowicz, a Kepler science team member based at Princeton University, N.J., who studies flaring stars. "If the planet gets zapped with radiation all the time by flares from its parent star, the surface might not be a very pleasant place to live. But on the other hand, if there's liquid water around, that makes a really good shield from high-energy radiation, so maybe life could thrive in the oceans."

Flares can also scrape off the atmospheres of planets, complicating the picture further. This is particularly true for the smaller, cooler stars, which tend to be more hyperactive than stars like our sun.

Ideally, astronomers would like to know more about the atmosphere of potentially habitable planets. That way they could look at the planet's molecular makeup for signs of runaway greenhouse gases that could indicate an inhospitable Venus-like planet. Or, future space telescopes might even be able to pick up signatures of oxygen, water, carbon dioxide and methane—indicators that the planet might be somebody's home.

NASA's upcoming James Webb Space Telescope will bring us closer to this goal, by probing the atmospheres of planets, some of which may lie in habitable zones. The mission won't be able to examine the atmospheres of planets as small as Earth, so we'll have to wait for another future telescope to separate out the Venuses from the Earths.


Astronomers Have Discovered a New Potentially Habitable Exoplanet and It's the Nearest One to Earth Yet

A little less than 11 light years from our solar system, in the constellation Virgo, lives a red dwarf star called Ross 128. There’s nothing inherently special about Ross 128 it’s a typical red dwarf star, one of the hundreds of billions throughout the Milky Way. But orbiting this faint solar neighbor is the closest potentially habitable Earth-like planet astronomers have ever detected, called Ross 128 b.

The nearest Earth-like exoplanet to us, Proxima b, orbits Proxima Centauri less than four light years away, but because of Proxima Centauri’s young age and frequent bursts of radiation, it is not believed to be habitable. Proxima Centauri is a red dwarf and is the Sun’s closest known stellar neighbor. Ross 128 is currently drifting toward our solar system, and in about 79,000 years, it will become our nearest celestial neighbor.

Humanity is living in the golden age of exoplanet discovery. Exoplanets are planets that orbit stars other than the Sun, and since 51 Pegasi B, the first exoplanet orbiting a Sun-like star was detected in 1995, astronomers have found thousands throughout the Milky Way.

“It’s not the only potentially habitable planet we’ve detected this year—just the closest one. It’s been a fantastic year for finding planets,” said Xavier Bonfils, leader of the Université Grenoble Alps team that made the discovery.

Indeed, it has been 162 exoplanets were found in 2017 alone (so far), although none have yet been confirmed to be able to harbor life. The research is published in the Journal of Astronomy and Astrophysics.

Does Ross 128 harbor a habitable world? Maybe.

The exoplanet, which has been designated Ross 128 b, is 1.35 times the mass of the Earth and orbits its star at only 5 million kilometers, or 20 times closer than Earth is to the Sun. Ross 128 b’s proximity means it receives 1.38 times more energy from its star than Earth does from the Sun, even though Ross 128 is 280 times less luminous than the Sun. Red dwarf stars, like Ross 128, are much smaller and far less luminous than stars like the Sun.

These characteristics place the “ habitable zone ,” an orbital region where liquid water could exist on the surface of a planet, of Ross 128 much closer to the star than the Sun’s. According to Bonfils and his team, Ross 128 b likely lies in the “inner edge” of its star’s habitable zone. Ross 128 b whips around its star in just 9.9 days.

The age of the system is also promising for potential habitability of Ross 128 b at nearly 7 billion years old, the planet’s rotation has had plenty of time to slow down and stabilize, making the prospect of habitability more promising. A slow, stable rotation means Ross 128 b could have a temperate climate and cyclical seasons, like Earth. Life on Earth appeared around 3.9 billion years ago, and Ross 128 b has had nearly twice the amount of time for life to potentially evolve. Given its age and the fact that Ross 128 is magnetically quiet and doesn’t erupt with frequent flares, Ross 128 b is an auspicious place to look for life.

Just because Ross 128 b is Earth-like, however, does not necessarily mean it is habitable. Venus and Mars are technically both Earth-like, due to their composition, mass, and distances from the Sun. Like Earth, both planets lie within the Sun’s habitable zone and have rocky surfaces. In fact, billions of years ago, Mars had liquid water flowing on its surface. Of course, today, Venus is a 900-degree Hell with a crushing atmosphere and sulfuric acid rain, and Mars is a cold, sterile desert. Determining the habitability of Ross 128 b and other exoplanets requires analyses of their atmospheres, which will be the mission of the James Webb Space Telescope once it launches into space in 2019. Webb will scan the infrared spectrum of exoplanets, enabling it to determine their atmospheric compositions.

Astronomers can’t actually “see” Ross 128 b, so how was it found?

Ross 128 b was detected by the High Accuracy Radial velocity Planet Searcher ( HARPS ). Because Ross 128 b doesn’t pass directly in front of its parent star relative to Earth’s line of sight, Bonfils and his team of astronomers at the European Southern Observatory in Chile charted tiny wobbles in the rotation of red dwarf Ross 128. HARPS measures the small gravitational tugging of a star by an orbiting planet.

According to Bonfils, “there wasn’t a ‘eureka’ moment here where we were able to suddenly say, wow, we have a planet.” The gravitational tugging of a star by a planet is extremely small, and the team “accumulated data over many years, and only gradually the signal built up and became significant,” Bonfils added. Based on the gravitational interaction, the mass and orbit of Ross 128 was inferred. Measuring the tiny pull of a planet’s gravity on its star is an effective way of locating exoplanets that don’t cross our plane of view.

Exoplanets that lie within our line of sight, however, are found through a process called the transit method . When a planet passes in front of its star as it orbits, the star’s light dims, albeit very slightly. The amount of dimming depends on the size of the planet. The Kepler Space Telescope has identified 2,237 exoplanets since 2009, mostly using the transit method (30 of these worlds are within their stars habitable zones). Observations by Kepler in 2014 confirmed that Ross 128 b does not transit its parent star. By measuring how much starlight dims and the amount of time the planet takes to transit, Kepler can determine the planet’s orbit and mass.

“When a planet crosses in front of its star as viewed by an observer, the event is called a transit. Transits by terrestrial planets produce a small change in a star's brightness of about 1/10,000 (100 parts per million, ppm), lasting for 2 to 16 hours. This change must be absolutely periodic if it is caused by a planet. In addition, all transits produced by the same planet must be of the same change in brightness and last the same amount of time, thus providing a highly repeatable signal and robust detection method,” NASA explains .

Ross 128 sits in the constellation of Virgo and appears at the center of this picture. (Davide De Martin/Digitized Sky Survey)

Once it is launched, the James Webb Space Telescope will look for signs of life, such as an abundance of oxygen, by analyzing the atmospheres of planets transiting their stars. “The low stellar activity and moderate distance from Earth make Ross 128 b a good target for biomarker searches with forthcoming telescopes,” Bonfils’s report states. It’s important to note that planets are hundreds to millions of times smaller than their host stars (a million Earths would fit inside the Sun). Thus, identifying exoplanets using the transit method is like trying to spot a fly passing in front of a searchlight a mile away, though because red dwarfs are small, the transits are a bit more apparent.

Red Dwarf Stars May Be The Most Common Hosts To Earth-Like Planets In The Universe

Red dwarfs, classified by astronomers as K and M dwarfs, are the most common type of star in the Universe, vastly outnumbering yellow dwarfs like the Sun and giant stars like Betelgeuse and Eta Carinae.

Three quarters of the Milky Way’s stars are red dwarfs, and though too small and faint to be seen with the unaided eye, red dwarfs can be observed with the assistance of powerful space-based telescopes like Hubble and Kepler. In fact, most of the Sun’s nearest neighbors are red dwarfs. Their strength in numbers alone means it’s likely red dwarfs could be the most common place in the Universe to host habitable words.

Like all other stars, Ross 128 and other red dwarfs generate their power by fusing hydrogen into helium. Due to their small size, however, fusion occurs in jeder layer of a red dwarf, not just in their cores. Their low gravity (relative to larger stars) allows for convection patterns that evenly distribute hydrogen fuel throughout the entire star. This means that red dwarfs burn through their hydrogen slowly and 100 percent efficiently. Not only are red dwarfs the oldest stars in the Universe, they have the longest life spans. Red dwarf stars will shine for trillions of years they will be the last stars to burn out when the Universe’s stelliferous era, or star formation era, ends in roughly 100 trillion years.

Given these long lives, life could have many more opportunities to evolve on planets orbiting red dwarfs. In February 2017, for example, Kepler identified a whopping seven Earth-like planets within the habitable zone of red dwarf Trappist-1 . Like Ross 128, the Trappist-1 system is nearly twice the age of our solar system.


Earth-size habitable-zone planet found in archived Kepler data

An artist’s impression of Kepler-1649c, an exoplanet found in archived Kepler data, is roughly the size of Earth and orbiting in a red dwarf’s habitable zone. Image: NASA/Ames Research Center/Daniel Rutter

A team of transatlantic scientists, using reanalyzed data from NASA’s Kepler space telescope, has discovered an Earth-size exoplanet orbiting in its star’s habitable zone, the area around a star where a rocky planet could support liquid water.

Scientists discovered this planet, called Kepler-1649c, when looking through old observations from Kepler, which the agency retired in 2018. While previous searches with a computer algorithm misidentified it, researchers reviewing Kepler data took a second look at the signature and recognised it as a planet. Out of all the exoplanets found by Kepler, this distant world – located 300 light-years from Earth – is most similar to Earth in size and estimated temperature.

This newly revealed world is only 1.06 times larger than our own planet. Also, the amount of starlight it receives from its host star is 75% of the amount of light Earth receives from our Sun – meaning the exoplanet’s temperature may be similar to our planet’s as well. But unlike Earth, it orbits a red dwarf. Though none have been observed in this system, this type of star is known for stellar flare-ups that may make a planet’s environment challenging for any potential life.

“This intriguing, distant world gives us even greater hope that a second Earth lies among the stars, waiting to be found,” said Thomas Zurbuchen, associate administrator of NASA’s Science Mission Directorate in Washington. “The data gathered by missions like Kepler and our Transiting Exoplanet Survey Satellite [TESS] will continue to yield amazing discoveries as the science community refines its abilities to look for promising planets year after year.”

A comparison of Earth and Kepler-1649c. Image: NASA/Ames Research Center/Daniel Rutter

There is still much that is unknown about Kepler-1649c, including its atmosphere, which could affect the planet’s temperature. Current calculations of the planet’s size have significant margins of error, as do all values in astronomy when studying objects so far away. Aber nach allem, was bekannt ist, ist Kepler-1649c besonders interessant für Wissenschaftler, die nach Welten mit potenziell bewohnbaren Bedingungen suchen.

Es gibt andere Exoplaneten, von denen geschätzt wird, dass sie der Erde näher sind, wie TRAPPIST-1f und nach einigen Berechnungen Teegarden c. Andere können in Bezug auf die Temperatur näher an der Erde sein, wie TRAPPIST-1d und TOI 700d. Aber es gibt keinen anderen Exoplaneten, der in diesen beiden Werten als näher an der Erde angesehen wird und auch in der bewohnbaren Zone seines Systems liegt.

“Out of all the mislabeled planets we’ve recovered, this one’s particularly exciting – not just because it’s in the habitable zone and Earth-size, but because of how it might interact with this neighboring planet,” said Andrew Vanderburg, a researcher at the University of Texas at Austin and first author on the paper released today in The Astrophysical Journal Letters. “If we hadn’t looked over the algorithm’s work by hand, we would have missed it.”

Kepler-1649c umkreist seinen kleinen Roten Zwergstern so eng, dass ein Jahr auf Kepler-1649c nur 19,5 Erdtagen entspricht. Das System hat einen weiteren Gesteinsplaneten von etwa der gleichen Größe, aber er umkreist den Stern in etwa der halben Entfernung von Kepler-1649c, ähnlich wie die Venus unsere Sonne in etwa der halben Entfernung umkreist wie die Erde. Red dwarf stars are among the most common in the galaxy, meaning planets like this one could be more common than we previously thought.


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