Astronomen van de Universiteit van Cambridge hebben een nieuwe categorie potentieel bewoonbare planeten gepresenteerd, genaamd Hycean-werelden. Deze ontdekking zou de manier waarop de mensheid naar leven elders in de Melkweg zoekt radicaal kunnen herdefiniëren. Deze hemellichamen worden gekenmerkt door mondiale oceanen van vloeibaar water bedekt door een atmosfeer die rijk is aan waterstof, en kunnen leven ondersteunen in veel diversere stellaire omstandigheden dan eerder werd gedacht voor planeten die vergelijkbaar zijn met de aarde.
Het onderzoek suggereert dat deze planeten niet alleen vaker voorkomen, maar ook een omgeving kunnen bieden die bevorderlijker is voor het detecteren van tekenen van leven met de huidige telescooptechnologie, in tegenstelling tot de moeilijkheid om de atmosfeer van kleinere rotsachtige exoplaneten te analyseren.
Een nieuwe grens in de zoektocht naar buitenaards leven
Al meer dan zestig jaar concentreert het onderzoek naar leven buiten de aarde zich voornamelijk op de zoektocht naar werelden die analoog zijn aan de onze. De eerste pogingen waren gericht op Mars, de dichtstbijzijnde buur in de bewoonbare zone van de zon, waar vermoedelijk in zijn geologische verleden vloeibaar water heeft bestaan. Met de detectie van de eerste exoplaneet in 1995 richtte de aandacht zich op het identificeren van rotsachtige lichamen met een grootte en temperatuur vergelijkbaar met die van de aarde, in een baan om de zon draaiende sterren.
Dit perspectief bleek echter aanzienlijk beperkt te zijn in het licht van nieuw bewijsmateriaal. In augustus 2021 publiceerde Nikku Madhusudhan, een astronoom aan de Universiteit van Cambridge, in samenwerking met Anjali Piette en Savvas Constantinou, een onderzoek dat een fundamenteel andere benadering voorstelde voor het concipiëren van bewoonbare planeten, waarbij hij het concept van Hyceaanse werelden introduceerde.
Wat een Hycean-planeet definieert: oceanen onder waterstof
Volgens het model voorgesteld door het team van Madhusudhan vertegenwoordigen de Hycean-planeten een aparte klasse van werelden. Ze hebben een massa die varieert tussen ongeveer één en tien keer de massa van de aarde, en een straal tussen 1,1 en 2,6 keer de straal van de aarde. Het belangrijkste kenmerk is de atmosfeer, die wordt gedomineerd door waterstof en helium, qua samenstelling vergelijkbaar met de atmosfeer van Neptunus en Uranus, maar met een opmerkelijk dunnere waterstoflaag.
Onder deze atmosferische laag ligt een enorme mondiale oceaan van vloeibaar water, waarvan de diepte groter is dan die van welke aardse oceaan dan ook, en die het hele oppervlak van de planeet bedekt zonder de aanwezigheid van continenten of opkomende landmassa’s. De dikte van de waterstofatmosfeer is een cruciale factor, want als deze te dun is, lijken de oppervlaktecondities van de planeet op die van een rotsachtige superaarde. Aan de andere kant, als de waterstoflaag te dicht is, kan de atmosferische druk aan het oceaanoppervlak zo extreem worden dat vloeibaar water niet kan blijven bestaan, waardoor de planeet in een mini-Neptunus verandert. Het Hycean-interval bevindt zich in dit delicate evenwicht, waar waterstof overvloedig genoeg is om een aanzienlijke opwarming van de broeikasgassen te genereren, maar er nog steeds voor zorgt dat de onderliggende oceaan in vloeibare toestand blijft.
Verschillende varianten van de Hycean-werelden en hun bijzonderheden
Binnen het bereik dat een Hycean-planeet definieert, hebben wetenschappers de mogelijkheid van verschillende subtypen geïdentificeerd, elk met unieke kenmerken die het idee van planetaire bewoonbaarheid verder uitbreiden:
- Standaard Hycean-planeet:Dit type heeft een oppervlaktetemperatuur van de oceaan die in grote lijnen lijkt op de omstandigheden op aarde, wat wijst op een potentieel meer vertrouwde omgeving voor de ontwikkeling van het leven.
- Donkere Hycean-planeet:In deze werelden is de planeet getijdenvast verbonden met zijn ster, wat betekent dat de ene kant altijd naar de ster is gericht (de dagkant) en de andere kant altijd in het donker is (de nachtkant). De dagzijde is te warm voor bewoonbaarheid, maar de nachtzijde handhaaft een temperatuur die laag genoeg is om vloeibaar water te ondersteunen.
- Koude Hycean-planeet:Ondanks dat er minder stellaire straling wordt ontvangen dan nodig zou zijn om een aardeachtige planeet warm te houden, zorgt het krachtige broeikaseffect van de waterstofatmosfeer ervoor dat vloeibaar water op het oppervlak blijft. Dit toont het verrassende aanpassingsvermogen van deze werelden aan omstandigheden met weinig straling aan.
Elk van deze variaties breidt de parameters uit waaronder een planeet kan worden beschouwd als een kandidaat voor bewoonbaarheid, en daagt eerdere opvattingen uit over de omstandigheden die nodig zijn voor het ontstaan en het in stand houden van leven.
Het uitbreiden van de mogelijkheden om leven in het universum te vinden
De structuur van de Hycean-planeten heeft twee belangrijke implicaties waar de populaire benadering van de zoektocht naar bewoonbare planeten niet proportioneel rekening mee heeft gehouden. Ten eerste breiden Hyceaanse werelden substantieel uit wat kan worden geclassificeerd als een bewoonbare planeet. De terrestrische bewoonbare zone rond een ster, gedefinieerd door de baanafstand waarop een aardeachtige planeet vloeibaar water op het oppervlak zou kunnen houden, is relatief beperkt.
Daarentegen strekt de bewoonbare zone van de Hycean-planeten zich aanzienlijk dichter en verder van de ster uit. Dit komt omdat de verwarming van de kas met waterstof ervoor zorgt dat vloeibaar water blijft bestaan, zelfs onder lagere bestraling van de sterren. Bovendien fungeert de diepe thermische massa van de oceaan op deze planeten als een regulator van temperatuurvariaties die een aardse atmosfeer zouden destabiliseren. Voor rode dwergsterren, die ongeveer driekwart van alle sterren in de Melkweg uitmaken, is de bewoonbare zone van Hycean zo uitgestrekt dat er rond sterren een enorme populatie van bewoonbare planeten kan bestaan die, bij conventionele zoektocht naar analogen van de aarde, als onherbergzaam zouden worden uitgesloten. Het vermogen om biosignaturen op deze werelden te detecteren, gezien hun verschillende atmosferen en grotere proporties, is een van de meest veelbelovende wegen voor toekomstige exobiologie.